Introducción
En nuestros genomas se encuentran diminutas secuencias con un inmenso poder para controlar genes cercanos. Conocidas como elementos cisreguladores (CRE), estas secuencias de ADN pueden activar o desactivar genes adyacentes. Recientemente, investigadores de la Facultad de Medicina de Yale, el Laboratorio Jackson y el Instituto Broad del MIT y la Universidad de Harvard desarrollaron un nuevo método para... inteligencia artificial generativa Diseñar nuevos elementos reguladores que controlen con precisión cómo se expresan los genes en las células.
La importancia de los elementos cis-reguladores
Los CRE desempeñan un papel crucial en la regulación de la expresión génica. Al funcionar como interruptores moleculares, determinan si un gen se activa o se silencia en un tipo celular determinado. Esta especificidad es esencial para el correcto funcionamiento de los organismos, garantizando que los genes se expresen solo donde y cuando son necesarios. Comprender y manipular estos elementos tiene importantes implicaciones para la biología y la medicina, especialmente para las terapias génicas dirigidas.
Desarrollo de la plataforma CODA
La nueva plataforma de inteligencia artificial, denominada Optimización Computacional de la Actividad del ADN (CODA), utiliza aprendizaje profundo para generar nuevas secuencias de ADN que funcionan como CRE sintéticos. Al igual que herramientas conocidas como DALL-E y ChatGPT, CODA se entrena con grandes conjuntos de datos de elementos reguladores naturales, lo que le permite crear secuencias eficaces para activar o desactivar genes en tipos celulares específicos. «Este proyecto se plantea básicamente: ‘¿Podemos aprender a leer y escribir el código de estos elementos reguladores?’», explica Steven Reilly, PhD, profesor adjunto de genética en YSM y uno de los autores principales del estudio.
Aplicaciones potenciales en terapia génica
Controlar la expresión génica en ciertos tipos de células podría algún día mejorar significativamente las terapias génicas. Estas terapias tienen el potencial de anular las mutaciones causantes de enfermedades, pero se necesitan métodos más eficaces para administrar tratamientos directamente a las células afectadas. Por ejemplo, dirigiéndose a neuronas específicas que fallan en la enfermedad de Parkinson o a células inmunitarias que albergan el VIH. La plataforma CODA podría ayudar a dirigir las terapias génicas a las células enfermas con mayor precisión, evitando efectos secundarios en las partes sanas del cuerpo.
Resultados prometedores y direcciones futuras
Los investigadores probaron los elementos reguladores diseñados con IA en células sanguíneas, hepáticas y cerebrales cultivadas en laboratorio y descubrieron que, en muchos casos, los elementos sintéticos eran más específicos de cada tipo celular que cualquier secuencia natural conocida. Pruebas posteriores en peces cebra y ratones vivos demostraron que estas secuencias también activaban genes de prueba en tipos celulares específicos de los animales. En un caso, un elemento regulador diseñado activó un gen reportero solo en una capa muy específica de células del cerebro del ratón, a pesar de haber sido distribuido por todo el cuerpo del animal.
Conclusión
La capacidad de diseñar secuencias de ADN que controlan la expresión génica con alta precisión abre nuevas fronteras en la investigación biomédica. La plataforma CODA representa un avance significativo, ya que combina inteligencia artificial y biología molecular para crear herramientas que modulan la expresión génica de maneras sin precedentes. «Quizás la evolución nunca haya pretendido desarrollar un gran impulsor para un fármaco contra el Alzheimer, pero eso no significa que no pueda existir», afirma Reilly. Con estudios futuros, los investigadores planean ampliar el uso de CODA para desarrollar terapias génicas dirigidas a diversas enfermedades genéticas, superando potencialmente las limitaciones impuestas por la evolución natural.
