Los genes son los ladrillos de la herencia. Se trasfieren de padres a hijos. Los genes contienen el ADN (ácido desoxirribonucleico), las instrucciones para fabricar proteínas. Estas son las que realizan la mayor parte de las funciones dentro de las células. Las proteínas mueven moléculas de un lugar a otro, construyen estructuras, descomponen toxinas y realizan otros tipos de tareas de mantenimiento.
Sin embargo, a veces se produce una mutación —un cambio en un gen o en varios genes—. Esta mutación cambia las instrucciones para fabricar las proteínas y esto provoca que las proteínas no funcionen correctamente o falten. En consecuencia, puede causar una enfermedad genética.
Las personas pueden heredar una mutación genética de uno o de ambos padres. Pero también puede suceder durante su vida.
Ahora, en un triunfo para la salud y la genética del desarrollo, Google DeepMind presentó una nueva herramienta con base en Inteligencia Artificial (IA), AlphaMissense, que ayuda a identificar y clasificar un tipo de mutaciones en las proteínas, llamadas de cambio de sentido (missense mutation), las cuales pueden ser causa de enfermedades genéticas.
Cabe resaltar que una mutación con cambio de sentido, de sentido erróneo o contrasentido, es un tipo de mutación puntual no sinónima en la que se produce un cambio en un único nucleótido, provocando la aparición de un codón que codifica para un aminoácido diferente —en el código genético, cada aminoácido está codificado por uno o varios codones—, lo cual puede provocar un producto proteico incapaz de cumplir su función.
Mutaciones de este tipo son responsables, por ejemplo, de enfermedades como la anemia de células falciformes, la epidermólisis bullosa o la esclerosis lateral amiotrófica mediada por SOD1.
La investigación de Google DeepMind, presentada en la revista Science, expresa que AlphaMissense puede ayudar a identificar mutaciones patógenas y genes causantes de enfermedades desconocidos hasta ahora, así como emplearse para comprender más sobre los efectos de estas mutaciones de cambio de sentido en las enfermedades, indicaron los científicos.
Y es que de los más de cuatro millones de variantes de cambio de sentido que ya se han observado en humanos, los expertos solo han clasificado como patógenas o benignas aproximadamente 2 por ciento.
Avance
El equipo de DeepMind, encabezado por el experto en IA y ciencias de la computación, Jun Cheng, utilizó AlphaMissense para predecir la patogenicidad de los 216 millones de posibles cambios de un solo aminoácido en las 19 mil 233 proteínas humanas canónicas, lo que dio lugar a 71 millones de predicciones de cambio de sentido.
Así, se clasificó 89% de estas variantes de cambio de sentido, prediciendo que 57% era probablemente benigno, 32% probablemente patogénico y 11% incierto, con una precisión de 90%, según el estudio. Indirectamente, indicaron los investigadores, esto podría conducir al desarrollo de nuevos tratamientos.
La herramienta se entrenó con el ADN de humanos y primates cercanamente emparentados. Esto permitió reconocer las alteraciones genéticas más extendidas.
Cheng comparó el proceso con el aprendizaje de un idioma. “Si sustituimos una palabra de una frase en inglés, una persona que esté familiarizada con el inglés puede ver inmediatamente si esta sustitución de palabras cambiará o no el significado”, remató.
El equipo publicó además un catálogo de estas mutaciones de cambio de sentido, las cuales pueden afectar a la función de las proteínas humanas al implicar el cambio en un aminoácido, de manera que los investigadores puedan saber más sobre el efecto que pueden tener.
Con una mutación de cambio de sentido no se puede saber a priori si la proteína deja de funcionar correctamente, con lo que sería patógena y puede provocar enfermedades como fibrosis quística, anemia falciforme o cáncer.
También es posible que el cambio no afecte esencialmente a la función de la proteína y sería benigna, mientras que en otras ocasiones el resultado del cambio es de significado incierto.
Beneficios
Una persona media es portadora de más de nueve mil variantes de cambio de sentido. La mayoría son benignas y tienen un efecto mínimo o nulo, pero otras pueden alterar gravemente la función de las proteínas.
Las herramientas de IA capaces de predecir con exactitud el efecto de las variantes pueden acelerar la investigación en campos que van desde la biología molecular a la genética clínica y estadística, así como ayudar a priorizar las variantes para el diagnóstico de enfermedades raras, según el estudio.
Así, las variantes de cambio de sentido o missense pueden utilizarse en el diagnóstico de enfermedades genéticas raras y son también importantes para estudiar enfermedades complejas, como la diabetes tipo 2, que puede estar causada por una combinación de muchos tipos diferentes de cambios genéticos, señaló el equipo de DeepMind.
Por su parte, Pushmeet Kohli, vicepresidente de Investigación de Google DeepMind, ponderó que los resultados de este nuevo catálogo son “un paso más en el reconocimiento del impacto que la IA está teniendo en las ciencias naturales”.
Mutaciones genéticas
Se registran cuando ocurre un cambio en uno o más genes. Algunas mutaciones pueden provocar enfermedades o trastornos genéticos.
Genes Son trozos pequeños de ADN que determinan los rasgos físicos, como el color del cabello, la altura, el tipo de cuerpo y otras cosas que hacen que una persona sea diferente a las demás. También influyen en el riesgo de que una persona padezca algunas enfermedades y afecciones. Cada ser humano tiene alrededor de 24 mil tipos diferentes de genes.
ADN El ácido desoxirribonucleico es el portador de todos nuestros genes. Cada persona recibe una copia del ADN de su madre y una copia de su padre. El ADN crea un código utilizando cuatro sustancias químicas llamadas nucleótidos. Este código determina qué genes tiene una persona. El ADN se encuentra dentro de los cromosomas.
Cromosoma Es un filamento en forma de X que se encuentra en el interior de las células del cuerpo. El cromosoma contiene ADN. Los seres humanos tienen 23 pares de cromosomas.
Causas de una mutación genética Un gen puede mutar debido a un cambio en uno o más nucleótidos del ADN; un cambio en muchos genes; o pérdida de uno o más genes, reordenamiento de genes o cromosomas completos.
Trasmisión de mutaciones de padres a hijos Si uno de los padres porta una mutación genética en su óvulo o su esperma puede transmitirse a su hijo. Estas mutaciones hereditarias se encuentran en casi todas las células del cuerpo de la persona a lo largo de su vida. Ejemplos de mutaciones hereditarias son la fibrosis quística, la hemofilia y la enfermedad de células falciformes. Hay otras mutaciones que pueden ocurrir por sí solas durante la vida de una persona. Estas mutaciones se denominan mutaciones esporádicas, espontáneas o nuevas.
Mutaciones genéticas en la salud La mayoría de las mutaciones genéticas no tienen ningún efecto sobre la salud. Además, el cuerpo puede reparar muchas mutaciones, algunas de las cuales incluso son útiles.
Fuente: Nemours