La identificación de variaciones en el ADN que pueden aumentar o reducir la probabilidad de padecer miles de enfermedades, o de desarrollar determinados tipos de cáncer, está hoy más cerca gracias a AlphaGenome, la herramienta de lectura e interpretación genética basada en inteligencia artificial más precisa desarrollada hasta ahora.
La revista Nature dedica este miércoles su portada y un artículo interior a este avance de la ingeniería genética creado por DeepMind, la compañía de investigación en inteligencia artificial de Google.
Para comprender el alcance de AlphaGenome, los científicos recuerdan que el genoma funciona como un “manual de instrucciones” del organismo, responsable de guiar procesos como el crecimiento, la reproducción y el envejecimiento. Descifrar cómo se transmiten esas instrucciones a nivel molecular, y qué ocurre cuando se producen pequeñas variaciones en el ADN, es una de las grandes aspiraciones de la ciencia, ya que podría ser clave para la detección y el tratamiento de miles de enfermedades complejas, como el cáncer o las patologías raras.
Resolución sin precedentes
En los últimos años, los modelos de inteligencia artificial aplicados al análisis de largas secuencias de ADN humano han logrado avances significativos en la predicción de propiedades moleculares con alta resolución, lo que ha permitido avanzar en el conocimiento del código regulador del genoma.
En ese contexto, DeepMind había presentado anteriormente herramientas como Enformer (2021) y AlphaMissense (2023). Sin embargo, AlphaGenome introduce un salto cualitativo. Sus desarrolladores, Natasha Latysheva y Pushmeet Kohli, explicaron en una rueda de prensa organizada por Nature qué lo diferencia de los modelos existentes.
Por un lado, el sistema ha sido entrenado analizando genomas humanos y de ratón, utilizando la mayor base de datos empleada hasta ahora en un modelo de aprendizaje automático de este tipo, procedente de grandes consorcios públicos como ENCODE, GTEx, 4D Nucleome y FANTOM5.
La precisión alcanzada no tiene precedentes. “AlphaGenome tiene la capacidad de analizar secuencias de ADN de hasta un millón de letras o pares de bases y de hacer predicciones con resolución de letras individual, lo que permite capturar 11 procesos biológicos con un detalle muy minucioso”, señaló Kohli.
La herramienta puede predecir en apenas un segundo si una variante genética aumentará o disminuirá la expresión de un gen o si alterará su patrón de empalme.
Un modelo unificador
“Hemos sintetizado las mejores ideas existentes en inteligencia artificial genómica en un mismo modelo, de tal forma que una sola herramienta logra lo mismo que hasta ahora hacían cinco modelos existentes por separado”, explicó Latysheva.
AlphaGenome ha demostrado su utilidad en el diagnóstico de enfermedades raras, en el estudio y tratamiento de más de mil patologías, en la predicción del efecto de mutaciones asociadas a determinados tipos de cáncer y en el desarrollo de terapias génicas.
Existen enfermedades genéticas raras, como la atrofia muscular espinal o algunas formas de fibrosis quística, que pueden estar causadas por errores en el empalme del ARN. Los investigadores señalan que AlphaGenome logra modelar de forma explícita la ubicación y el nivel de expresión de estas uniones en la secuencia genética, proporcionando información clave sobre el impacto de las variantes en el empalme del ARN.
En pruebas comparativas, los autores indican que AlphaGenome superó al resto de modelos existentes en 22 de 24 evaluaciones para secuencias de ADN únicas. Además, para predecir el efecto regulador de una variante genética, igualó o superó a otros modelos en 24 de 26 evaluaciones.
AlphaGenome “es capaz de realizar inspecciones y deducciones sobre prácticamente todos los tipos de elementos reguladores del genoma, todos a la vez, y es capaz de hacerlo sobre enormes segmentos de ADN, de hasta un millón de letras, algo que no sabíamos hacer”, señaló Lluís Montoliu, investigador del Centro Nacional de Biotecnología (CNB-CSIC), en una reacción recogida por Science Media Centre.
En abierto para uso no comercial
El modelo está disponible en abierto para uso no comercial, lo que permitirá a científicos de todo el mundo adaptarlo a sus propios conjuntos de datos y líneas de investigación. Según informaron sus desarrolladores, más de 3.000 investigadores ya están utilizando la herramienta.
“AlphaGenome no es una solución mágica para todas las cuestiones biológicas, pero sí una herramienta fundamental y de alta calidad que convierte el código estático del genoma en un lenguaje descifrable para el descubrimiento”, afirmó Robert Goldstone, director de Genómica del Instituto Francis Crick de Londres.
“El modelo funciona excepcionalmente bien en tareas que podrían regirse por reglas ‘gramaticales’ rígidas escritas en el ADN, como la predicción del sitio de empalme. En estas áreas está listo para reemplazar de inmediato las herramientas estándar más antiguas”, añadió Goldstone en declaraciones recogidas por Science Media Centre.
EFE
