La IA es capaz de diseñar potenciadores de los genes que no existen en la naturaleza.
Científicos españoles crean una IA que controla la actividad en células de mamíferos fabricando fragmentos de ADN
Investigadores del CRG la entrenaron durante 5 años con más de 64.000 experimentos para crear 'potenciadores' de los genes que no existen en la naturaleza.
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Un equipo de investigadores del barcelonés Centre for Genomic Regulation (CRG) ha creado una inteligencia artificial capaz de controlar los genes de células sanas de mamíferos, un paso de gigante en el mundo de la biotecnología y las terapias génicas.
Desde los inicios de la investigación del ADN, el foco ha estado dirigido hacia los genes, zonas de estas moléculas que contienen la información necesaria para fabricar proteínas, el material de construcción del cuerpo humano.
Pero los genes son solo el 2% del ADN. El otro 98% ha estado en la sombra hasta hace relativamente poco, cuando su estudio ha permitido conocer la importancia de al menos una parte de ese resto.
Porque los genes no funcionan a la vez, ni todo el tiempo, ni se activan en todos los tipos de células. Su expresión es regulada por esa otra zona del ADN, donde se encuentran los llamados potenciadores, secuencias específicas que los encienden o apagan.
A lo largo de cinco años, los investigadores del CRG crearon más de 64.000 de estas secuencias y las probaron en células sanguíneas de ratón. Con ello estaban alimentando una herramienta de inteligencia artificial, a la que después le pidieron crear potenciadores específicos para encender o apagar ciertos genes.
En una prueba de concepto, le pidieron a esta IA que diseñara un potenciador que activara un gen que codifica una proteína fluorescente en algunas células sin modificar otros patrones de expresión génica.
Una vez obtenido el diseño, el equipo creó este fragmento sintético de ADN (que no está presente en la naturaleza) y lo implantó en un vector, un virus que se utiliza para introducir cadenas de ADN en el genoma de las células.
Este y otros fragmentos sintéticos, de unas 250 letras de ADN (el genoma humano consta de unos 3.300 millones de pares de letras), funcionaron tal y como se esperaba, modificando la expresión de un gen sin alterar el resto.
El hallazgo ha sido publicado en la revista Cell. El primer autor del trabajo, Robert Frömel, ha explicado que "las aplicaciones son muy amplias. Es como escribir software pero para biología, dándonos nuevas formas de dar instrucciones a las células y guiar cómo se desarrollan y se comportan con una precisión nunca antes vista".
Aquí está la clave. Las terapias génicas actuales se basan en la modificación de células para introducir o reparar genes defectuosos, pero no se puede controlar su expresión. El trabajo del CRG permite un control mucho más fino sobre la expresión genética de un tipo de células determinado mientras, al mismo tiempo, se mantiene inalterado el resto del ecosistema genético.
Células con el gen de la fluorescencia activado mediante un fragmento de ADN sintético. Centro de Regulación Genómica
Valorando este trabajo para el Science Media Centre, Darío Lupiáñez, investigador del Centro Andaluz de Biología del Desarrollo, afirma que se trata de un trabajo "excelente desde un punto de vista experimental y computacionalmente".
"El diseño de potenciadores 'a la carta', como se detalla en este estudio, permitiría controlar la expresión génica con mucha mayor precisión, reduciendo riesgos y ampliando las posibilidades de este tipo de terapias".
Sus aplicaciones no solo están en la biomedicina. "Entender cómo funciona el código del genoma puede ayudarnos a predecir cómo ciertas mutaciones podrían contribuir a enfermedades genéticas, al alterar el funcionamiento de los potenciadores. Además, estos principios pueden aplicarse a otras especies, lo cual abre puertas en campos como la agricultura (por ejemplo, diseñar plantas con características específicas) o la biotecnología industrial".
Con todo, Lupiáñez recuerda que este tipo de experimentos son muy costosos, por lo que se ha tenido que limitar a 38 factores de transcripción (las proteínas que median en la expresión de un gen determinado) y siete tipos celulares distintos.
"A pesar de constituir un esfuerzo notable, esto representa solo una pequeñ fracción de las posibilidades combinatorias, ya que en el cuerpo humano existen más de 1.600 factores de transcripción y más de 200 tipos celulares diferentes".
No obstante, el valor de este trabajo es que pone de manifiesto "algo que se sospechaba: que la capacidad combinatoria y regulatoria del genoma regulatorio es prácticamente infinita, lo que proporciona un sustrato fértil para la aparición de nuevos tipos celulares y funciones en un contexto evolutivo".
