Los científicos han aprovechado la inteligencia artificial (IA) para crear una especie de “interruptores de ADN”. Estos interruptores, que actúan como una especie de atenuadores biológicos, pueden activar y desactivar genes con gran precisión en tejidos específicos.
Un equipo internacional de investigadores del Laboratorio Jackson, el Instituto Broad y la Universidad de Yale ha publicado sus hallazgos en la revista científica Nature. Su método permite activar genes solo donde son necesarios, por ejemplo, solo en el hígado o solo en el cerebro. “Lo extraordinario de estos elementos diseñados sintéticamente es que muestran una notable especificidad para el tipo de célula diana para el que han sido diseñados”, afirma Ryan Tewhey, coautor del estudio. “Esto nos permite aumentar o disminuir la expresión de un gen en un solo tejido sin afectar al resto del organismo”.
El “lenguaje” de los interruptores genéticos
Pero, ¿cómo funciona todo esto? Nuestro ADN ya contiene de forma natural miles de interruptores, también llamados elementos reguladores en cis (CRE). Estos se encargan de que determinados genes se activen solo cuando y donde son necesarios. Hasta ahora, sin embargo, el funcionamiento exacto de estos interruptores era un misterio, algo así como intentar entender un idioma sin diccionario. “Esto limitaba nuestra capacidad para diseñar terapias génicas que afectasen solo a determinados tipos de células del cuerpo humano”, explica Rodrigo Castro, coautor del estudio. Los investigadores utilizaron el aprendizaje profundo, una forma de IA, para desentrañar el “lenguaje” de las CRE. Introdujeron cientos de miles de secuencias de ADN en el sistema y dejaron que la IA analizara cómo funcionaban estos interruptores en diferentes tipos de células.
“Este proyecto plantea la pregunta de si podemos aprender a leer y escribir el código de estos elementos reguladores”, explica Steven K. Reilly, uno de los autores principales del estudio. “Si lo miramos en términos de lenguaje, la gramática y la sintaxis de estos elementos es poco conocida, por lo que tratamos de desarrollar métodos de aprendizaje automático que pudieran aprender un código más complejo que nosotros mismos”.
La IA puede crear CRE artificiales
Después de que la IA estudiara los CRE, los investigadores desarrollaron CODA (Optimización Computacional de la Actividad del ADN), una plataforma que puede diseñar interruptores de ADN completamente nuevos. Para sorpresa de los científicos, los interruptores artificiales funcionaban incluso mejor que sus homólogos naturales. No solo eran muy precisos a la hora de activar genes en tejidos específicos, sino que también garantizaban activamente que los genes de otros tejidos permanecieran apagados. Para comprobar su eficacia, los investigadores utilizaron primero células cultivadas y después peces cebra. En este último, insertaron, entre otras cosas, un interruptor artificial para activar una proteína fluorescente en el hígado. El resultado fue espectacular: solo se iluminó el hígado, mientras que el resto de los peces permaneció a oscuras.
Un paso hacia mejores tratamientos
Esta tecnología abre puertas que hasta hace poco estaban firmemente cerradas. Para la terapia génica, significa que los tratamientos pueden ser mucho más específicos. Por ejemplo, un gen que solo debe activarse en las células del hígado puede controlarse ahora con mucha más precisión sin afectar a otros órganos. La investigación podría dar lugar en el futuro a tratamientos más eficaces para trastornos genéticos, en los que los médicos podrían dirigir con mucha más precisión qué genes se activan y dónde.
“Estas herramientas serán valiosas para la investigación básica, pero también podrían tener importantes implicaciones biomédicas, ya que podrían utilizarse para controlar la expresión génica en tipos celulares muy específicos con fines terapéuticos”, afirma Tehwey. Sin embargo, los investigadores subrayan que queda mucho trabajo por hacer antes de que esta tecnología pueda aplicarse en la práctica clínica. Pero ya se ha dado el primer paso hacia una nueva generación de terapias génicas.
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