Un ADN ideado con ayuda de la inteligencia artificial controla el comportamiento de células de mamífero por primera vez

Un equipo de científicos en Barcelona ha creado un sistema de inteligencia artificial capaz de diseñar fragmentos de ADN que controlan el funcionamiento de células sanas de mamífero por primera vez.

El trabajo es una nueva vuelta de tuerca al uso de sistemas de aprendizaje automático en biomedicina. Esta tecnología es revolucionaria, en palabras de uno de sus principales valedores, el bioinformático David Baker, que ganó el Nobel de Química por su trabajo en este campo el año pasado. Hasta ahora, la mayoría de estas aplicaciones se han centrado en producir proteínas con funciones diseñadas a la carta, en muchos casos creando moléculas que no existían en la naturaleza, y que pueden funcionar como vacunas, tratamientos oncológicos o antídotos contra venenos.

El nuevo trabajo, publicado en la revista especializada Cell, no se dirige al diseño de proteínas, sino al código genético del ADN que contiene la receta para producirlas. El genoma humano es una larguísima secuencia con unos 3.000 millones de letras de ADN (TCAGG…). Aunque ese libro de instrucciones ya se ha leído y se conocen algunos de sus componentes fundamentales, como los genes, otras partes del código son aún muy desconocidas, aunque tienen un papel clave para decidir cómo se forma un ser humano con todos sus tipos de tejido diferenciados, o cómo aparece un tumor.

Lars Velten, biólogo alemán de 37 años, lleva la mayor parte de su carrera intentando comprender el lenguaje del ADN. Especialmente el de los elementos genéticos que regulan la función de los genes y que deciden, por ejemplo, que una célula madre se convierta en un glóbulo rojo capaz de transportar oxígeno por todo el organismo, o en un glóbulo blanco capaz de buscar y eliminar cualquier amenaza. Los científicos se han centrado en unos fragmentos de ADN relativamente pequeños, de unas 250 letras de ADN, llamados potenciadores, y que resultan claves para modular la actividad de genes cruciales en el desarrollo y comportamiento de las células de la sangre.

Durante los últimos cinco años, el equipo ha presentado unos 64.000 potenciadores sintéticos a un sistema de inteligencia artificial, que ha aprendido la función de cada uno. Es la mayor colección de estos componentes genéticos que se ha reunido para entender el comportamiento de siete tipos diferentes de células de la sangre, incluidos los glóbulos rojos, varios tipos de glóbulos blancos, y células madre de la sangre. Los potenciadores funcionan uniéndose a los factores de transcripción, proteínas que también modulan el funcionamiento de los genes. Los investigadores analizaron la conjunción exacta con 38 factores de transcripción.

Con todos estos datos, el sistema fue capaz de crear potenciadores nuevos, que no existen en la naturaleza. Los investigadores tomaron esos fragmentos de ADN, los introdujeron en el genoma de células de la sangre, y demostraron que son capaces de encender, apagar o modular la actividad de los genes deseados. Una palabra de ADN ideada por un sistema de inteligencia artificial determina así el comportamiento y destino de células vivas.

“Esta es la primera vez que se consigue algo así en células sanas, pues hasta ahora la investigación se había centrado en células de cáncer, más fáciles de manejar”, destaca Velten. El equipo ha demostrado el sistema usando células sanguíneas de ratón, pero creen que este es solo el primer paso.

Una posibilidad es que este mismo método pueda servir para controlar el comportamiento y el destino de células de otros tejidos sanos. Otra aplicación más a largo plazo es usar este sistema en células del cáncer, o incluso en otras células que ya presenten mutaciones genéticas peligrosas que podrían dar lugar a la enfermedad en el futuro. “Hay ciertas mutaciones que se acumulan con el envejecimiento. A mí me interesaría construir potenciadores genéticos para estas células, porque actualmente no hay ningún medicamento bueno para combatirlas”, detalla Velten.

La bioquímica Susana Vázquez, especialista en el diseño de proteínas con inteligencia artificial del Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO), que no ha participado en el trabajo, destaca su importancia. “Uno de los aspectos más interesantes es cómo esta extensa colección de datos ha permitido entrenar algoritmos de inteligencia artificial capaces de diseñar secuencias de ADN de novo, es decir, desde cero”, opina la científica. “Estas secuencias pueden inducir respuestas celulares específicas, lo que abre la puerta a una forma de programar el comportamiento celular. Me parece que este estudio refleja perfectamente el momento transformador que estamos viviendo, donde la inteligencia artificial está empezando a tener un impacto real en todas las áreas del conocimiento”, añade.