Conoce el AlphaGenome, considerado el secuenciador de ADN más preciso hasta la fecha

Contar con la posibilidad de lograr identificar las variaciones en el ADN que pueden hacer a una persona sea más o menos propensa a padecer miles de enfermedades o a que desarrolle un tipo de cáncer está mucho más cerca, gracias a una herramienta de lectura e interpretación genética que está basada en inteligencia artificial y que es considerada como las más precisa hasta la fecha, se llama: AlphaGenome.

Este hito de la ingeniería genética que fue desarrollado por DeepMind, que es la compañía de investigación de inteligencia artificial de Google.

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En artículo escrito por Ziga Avsec y Natasha Latysheva titulado “AlphaGenome: AI for better understanding the genome” publicado en el sitio web DeepMind el pasado 25 de junio, precisan que este “nuevo modelo unificador de secuencia de ADN que mejora la predicción del efecto de las variantes reguladoras y promete arrojar nueva luz sobre la función del genoma” y que ya está disponible a través de API.

AlphaGenome, explica DeepMind, brinda la oportunidad de poder realizar “predicciones multimodales que abarcan diversos resultados funcionales, como la expresión génica, los patrones de empalme, las características de la cromatina y los mapas de contacto”.

Siendo así que esta herramienta es capaz de analizar “hasta un millón de pares de bases de secuencias de ADN y puede ofrecer predicciones con una resolución de un solo par de bases para la mayoría de las modalidades. AlphaGenome alcanza un rendimiento de vanguardia en una amplia gama de parámetros de predicción genómica, incluyendo diversas tareas de predicción del efecto de las variantes”, añade DeepMind.

Por su parte, explica DeepMind, “la API se ofrece como un servicio gratuito para uso no comercial. La frecuencia de las consultas varía según la demanda”, por lo que prosigue, “ws ideal para análisis de pequeña a mediana escala, como el análisis de un número limitado de regiones genómicas o variantes que requieren miles de predicciones, pero probablemente no sea adecuada para análisis a gran escala que requieran más de un millón de predicciones”, concluyendo que “una vez que obtenga su clave API, puede comenzar fácilmente siguiendo nuestra Guía de inicio rápido”.

Con el propósito de poder comprender el alcance de la nueva herramienta es esencial partir de la base de que el genoma es una especie de ‘manual con instrucciones precisas de un organismo’; que se encarga de guiar tanto su crecimiento, como su reproducción y su envejecimiento.

Avsec y Latysheva afirman que “el genoma es nuestro manual de instrucciones celular”, y prosiguen explicando que “pequeñas variaciones en la secuencia de ADN de un genoma pueden alterar la respuesta de un organismo a su entorno o su susceptibilidad a las enfermedades”; sin embargo, apuntan que lograr “descifrar cómo se interpretan las instrucciones del genoma a nivel molecular, y qué sucede cuando se produce una pequeña variación en el ADN, sigue siendo uno de los mayores misterios de la biología”.

De esta forma, si se consigue descifrar cómo es que dan las instrucciones a nivel molecular o qué es lo ocurre cuando se hay una pequeña variación en el ADN este logro podría ser una especie de llave que posibilite tanto la detección como el tratamiento de miles de enfermedades tales, como el cáncer o las patologías raras.

“Creemos que AlphaGenome puede ser un recurso valioso para la comunidad científica, ayudando a los científicos a comprender mejor la función del genoma, la biología de las enfermedades y, en última instancia, a impulsar nuevos descubrimientos biológicos y el desarrollo de nuevos tratamientos”, acentúan Avsec y Latysheva.

CÓMO FUNCIONA ESTA NUEVA HERRAMIENTA

Avsec y Latysheva describen que “AlphaGenome toma como entrada una larga secuencia de ADN (hasta un millón de letras, también conocidas como pares de bases) y predice miles de propiedades moleculares que caracterizan su actividad reguladora”.

Así también es capaz calcular “los efectos de las variantes o mutaciones genéticas comparando las predicciones de secuencias mutadas con las de secuencias no mutadas”, añaden Avsec y Latysheva.

De esta forma continúan explicando Avsec y Latysheva “las propiedades predichas incluyen el origen y la terminación de los genes en diferentes tipos de células y tejidos, su empalme, la cantidad de ARN producido y también qué bases de ADN son accesibles, están próximas entre sí o están unidas por ciertas proteínas. Los datos de entrenamiento se obtuvieron de grandes consorcios públicos, como ENCODE, GTEx, 4D Nucleome y FANTOM5, que midieron experimentalmente estas propiedades, abarcando importantes modalidades de regulación génica en cientos de tipos de células y tejidos humanos y murinos”.

Avsec y Latysheva describen que “AlphaGenome utiliza capas convolucionales para detectar inicialmente patrones cortos en la secuencia genómica, transformadores para comunicar información en todas las posiciones de la secuencia y una serie final de capas para convertir los patrones detectados en predicciones para diferentes modalidades. Durante el entrenamiento, este cálculo se distribuye entre múltiples Unidades de Procesamiento Tensorial (TPU) interconectadas para una sola secuencia”.

Este modelo tiene como basa un modelo genómico anterior conocido como Enformer, mismo que “complementa a AlphaMissense, especializado en categorizar los efectos de las variantes dentro de las regiones codificantes de proteínas. Estas regiones abarcan el 2 % del genoma”, indican Avsec y Latysheva quien concluyen que “el 98 % restante, denominado regiones no codificantes, es crucial para orquestar la actividad génica y contiene numerosas variantes asociadas con enfermedades. AlphaGenome ofrece una nueva perspectiva para interpretar estas secuencias extensas y las variantes que contienen”.

¿CUÁLES SON SUS BENEFICIOS?

El AlphaGenome posibilita a los científicos que puedan realizar una exploración “simultáneamente el impacto de una variante en diversas modalidades con una sola llamada a la API. Esto significa que los científicos pueden generar y probar hipótesis con mayor rapidez, sin tener que utilizar múltiples modelos para investigar diferentes modalidades”, detallan Avsec y Latysheva.

Por último,, Avsec y Latysheva aseveran que “al ampliar los datos de entrenamiento, las capacidades de AlphaGenome podrían ampliarse para obtener un mejor rendimiento, abarcar más especies o incluir modalidades adicionales para que el modelo sea aún más completo”.

”Es un hito en el campo. Por primera vez, contamos con un modelo único que unifica el contexto de largo alcance, la precisión básica y un rendimiento de vanguardia en todo un espectro de tareas genómicas”, explica el Dr. Caleb Lareau, Memorial Sloan Kettering Cancer Center.

En opinión del profesor Marc Mansour, University College London “AlphaGenome será una herramienta poderosa en este campo. Determinar la relevancia de diferentes variantes no codificantes puede ser extremadamente difícil, especialmente a gran escala. Esta herramienta aportará una pieza crucial al rompecabezas, permitiéndonos establecer mejores conexiones para comprender enfermedades como el cáncer”.

Por su parte, Lluís Montoliu, quien es investigador en el Centro Nacional de Biotecnología (CNB-CSIC) español en una reacción recogida en Science Media Centre describe que “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”.

Para Robert Goldstone, quien es el el director de Genómica del Instituto Francis Crick de Londres “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”.

Con información de la Agencia de Noticias EFE y DeepMind .