Cantabria alía computación y genómica con un algoritmo que predice en segundos (y no en años) alteraciones genéticas

La tecnología computacional permite cálculos más rápidos en todo tipo de procesos y, aplicada a sectores como la salud, abre un abanico de posibilidades de nuestro sistema sanitario muy prometedor.

Las capacidades predictivas van a ser mucho más acertadas y la medicina de precisión va a tener en la computación un aliado inseparable.

Pero más allá de generalidades, conviene aterrizar las definiciones en ejemplos concretos para entender de qué estamos hablando. Para ello visitamos la Universidad de Cantabria, concretamente, el Instituto de Biomedicina y Biotecnología de Cantabria (IBBTEC), donde los investigadores Víctor Sánchez Gaya y Álvaro Rada Iglesias, del 'Grupo de Regulación Transcripcional en el desarrollo y en Enfermedades Congénitas', han desarrollado una herramienta muy interesante.

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Se trata de POSTRE (Prediction Of STRuctural variant Effects), capaz de predecir las consecuencias patológicas de variantes estructurales identificadas en el ADN de pacientes con defectos congénitos. Los resultados de este trabajo, por su relevancia, aparecen publicados en la revista científica Nucleic Acids Research.

La idea para la creación de POSTRE surgió del estudio de un paciente con alteraciones craneofaciales. Cuando el laboratorio de Álvaro Rada estaba en Colonia (Alemania) recibió una petición desde Reino Unido para evaluar la patogenicidad de una variante estructural presente en un paciente, con una alteración craneofacial, que no afectaba a un gen (llamado TFAP2A) que típicamente está alterado en pacientes con esta enfermedad.

La evaluación de dicho paciente a nivel experimental conllevó un proceso de trabajo de dos años, donde se demostró que "dicha alteración genética afectaba a los potenciadores de TFAP2A y, por tanto, tenía un efecto indirecto sobre la expresión de este gen".

Más allá de lo fácil o difícil que pueda resultar entender el entrecomillado de terminología genómica, el aspecto clave de esta historia es que el investigador se preguntó si sería posible reducir ese tiempo de evaluación.

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La respuesta ha acabado siendo positiva. Este paciente se tomó como punto de partida para la creación de POSTRE, que es capaz de llegar a la misma conclusión que la obtenida tras dos años de trabajo "en cuestión de segundos".

El caso es que un gran número de enfermedades humanas, explican los investigadores, se deben a alteraciones en el ADN. Tradicionalmente, se pensaba que la mayoría de dichas alteraciones afectaban directamente a alguno de los miles de genes contenidos dentro del genoma humano.

Sin embargo, durante los últimos años, se está viendo de forma cada vez más clara que muchas de estas alteraciones ocurren fuera de los genes y parecen afectar a otro tipo de secuencias de ADN que controlan la expresión de los genes y que se denominan potenciadores.

Pese a la gran relevancia médica de las variantes estructurales, existen aún muy pocas herramientas computacionales que permitan predecir sus posibles consecuencias, especialmente si no alteran genes de manera directa, indican los impulsores de la investigación. En consecuencia, existen cientos de pacientes con malformaciones congénitas cuyo diagnóstico genético sigue siendo incierto.

Esta nueva herramienta, POSTRE, surge de la unión de las fortalezas de los dos investigadores: por un lado, la computación y la bioinformática y, por otro, toda la experiencia de años en entender cómo funcionan los potenciadores, según explica el investigador principal del grupo, Álvaro Rada.

POSTRE, según explican desde la universidad pública cántabra, utiliza diferentes tipos de datos genómicos disponibles en bases de datos públicas. Tras integrar estos datos, es capaz de predecir no sólo si una variante estructural puede ocasionar una enfermedad congénita, sino también el mecanismo subyacente y los genes cuya función o niveles de expresión pueden verse afectados.

Diferencias con la IA

"Actualmente la herramienta puede ayudar en el diagnóstico de enfermedades de desarrollo del cerebro, del corazón, de las extremidades y de las estructuras craneofaciales", destaca Sánchez, "pero estamos trabajando en mejorarla también en base al interés de otros investigadores que quieran sacar provecho de la herramienta".

Según explican Víctor Sánchez y Álvaro Rada, esta herramienta realiza una actividad similar a la que haría un genetista con su criterio propio, "evaluando el cumplimiento de ciertos requisitos de patogenicidad o variables uno a uno".

En este sentido, POSTRE implementa un algoritmo creado tomando como base el conocimiento existente en el campo de la interpretación de las variantes estructurales, que es aplicado de manera automática al evaluar el impacto de las alteraciones genéticas detectadas.

En relación con esto, la lógica seguida para la creación del algoritmo de predicción de POSTRE difiere de la usada en la actualidad en el campo de la inteligencia artificial, donde se asigna de manera automática la importancia y peso de cada variable tras entrenar el modelo predictivo con muchos datos reales.

Esta estrategia típica del campo de la inteligencia artificial no se ha podido aplicar porque no existen datos con la suficiente resolución para entrenar un modelo en el campo de la interpretación de las variantes estructurales que alteran la comunicación entre genes y potenciadores.

POSTRE es una herramienta de uso público que se puede utilizar a través de una sencilla aplicación que no requiere conocimientos informáticos avanzados. Por tanto, puede representar una herramienta muy valiosa y útil para la comunidad médica, ya que podría facilitar el diagnóstico e interpretación de un gran número de malformaciones congénitas.