AlphaGenome, la IA de Google con la lectura más precisa de ADN que diagnostica enfermedades raras
¿Qué diferencia AlphaGenome de los modelos de IA genómica ya existentes? Dos desarrolladores de la herramienta lo explican a detalle.
- Redacción AN / ES
Identificar las variaciones en el ADN que pueden hacer a una persona más o menos propensa a padecer miles de enfermedades o a desarrollar un tipo determinado de cáncer está hoy más cerca, gracias a la herramienta de lectura e interpretación genética basada en inteligencia artificial más precisa hasta la fecha: AlphaGenome.
La revista Nature dedica este miércoles su portada y un artículo interior a presentar este hito de la ingeniería genética que ha sido desarrollado por la compañía de investigación de inteligencia artificial (IA) de Google: DeepMind.
Para entender el alcance de la nueva herramienta hay que partir de la base de que el genoma es una especie de ‘manual de instrucciones de un organismo’; encargado de guiar su crecimiento, reproducción y envejecimiento.
Descifrar cómo da las instrucciones a nivel molecular o qué sucede cuando se produce una pequeña variación en el ADN es una de las grandes aspiraciones de la ciencia. En este logro puede estar la llave para la detección y el tratamiento de miles de enfermedades muy complejas, como el cáncer o las patologías raras.
Resolución sin precedentes
En los últimos años ha habido grandes avances en los modelos basados en IA para procesar secuencias largas de ADN humano y generar predicciones de las propiedades moleculares en alta resolución que ayuden a revelar el código regulador del genoma.
En esa línea, Google DeepMind había presentado en los últimos años dos herramientas Enformer (en 2021) y AlphaMissense (en 2023).
Pero ¿Qué diferencia AlphaGenome de los modelos de IA genómica ya existentes? Natasha Latysheva y Pushmeet Kohli, dos de sus desarrolladores, lo explicaron en una rueda de prensa organizada por Nature.
Por una parte, el modelo se ha entrenado analizando el genoma humano y el del ratón. Sus desarrolladores han usado la mayor base de datos usada para una herramienta de aprendizaje automático de este tipo, procedente de grandes consorcios públicos: ENCODE, GTEx, 4D Nucleome y FANTOM5.
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La precisión lograda por la herramienta 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 es capaz de predecir en tan solo un segundo si una variante genética aumentará o disminuirá la expresión de un gen, o cambiará el patrón de empalme del mismo.
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 probado su eficacia para el diagnóstico de enfermedades raras, el entendimiento y tratamiento de más de mil enfermedades, la predicción del efecto de mutaciones causantes de algunos tipos de cáncer o la terapia genética.
Hay enfermedades genéticas raras, como la atrofia muscular espinal y algunas formas de fibrosis quística, que pueden estar causadas por errores en el empalme del ARN. Los investigadores explican que AlphaGenome logra modelar explícitamente la ubicación y el nivel de expresión de estas uniones de la secuencia, ofreciendo información del impacto de las variantes genéticas en el empalme del ARN.
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Para secuencias de ADN únicas, los autores informan que AlphaGenome ha superado al resto de modelos existentes en 22 de las 24 evaluaciones, y para predecir el efecto regulador de una variante genética, ha igualado o superado al resto de 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 en el Centro Nacional de Biotecnología (CNB-CSIC) español en una reacción recogida en Science Media Centre.
En abierto para uso no comercial
El modelo está disponible en abierto para uso no comercial, de modo que los científicos que lo deseen podrán adaptarlo y ajustarlo a sus propios conjuntos de datos para abordar mejor sus campos de investigación específicos.
En la rueda de prensa, los desarrolladores informaron de que hay más de 3 mil investigadores en el mundo que están haciendo uso del modelo.
“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”, señaló el director de Genómica del Instituto Francis Crick de Londres, Robert Goldstone.
“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”, apuntó Goldstone en una reacción recogida por Science Media Centre.
EFE
