El mayor estudio sobre el ADN de los primates ofrece las claves sobre el origen de las enfermedades humanas
SOCIEDAD
La investigación, liderada por el Instituto de Biología Evolutiva y que se plasma en cinco artículos en un especial de la revista científica «Science», ha permitido el desarrollo de un sistema de inteligencia artificial, el ChatGPT de la genética, que identifica mutaciones causantes de patologías como el cáncer, la diabetes o las cardiopatías
23 ago 2023 . Actualizado a las 17:50 h.No hay duda. Los humanos somos primates. Entre el ADN de un sapiens y de un babuino, por ejemplo, apenas existe una diferencia de entre un 4 % y un 5 %. El resto es común. Y algo similar ocurre con el resto de las especies. Entonces, si existe una semejanza tan grande, ¿por qué no buscar en nuestros primos hermanos el origen genético de enfermedades humanas complejas como el cáncer, la diabetes o las cardiopatías? Fue la hipótesis de partida de un equipo de investigadores del Instituto de Biología Evolutiva (CSIC-UPF) que ha culminado en el mayor estudio jamás realizado sobre el genoma de los primates, en el que se ha desvelado la secuencia genética de 809 individuos pertenecientes a 233 especies diferentes, lo que cubre prácticamente la mitad de todas las existentes en la Tierra, incluido el estudio de restos fósiles.
La investigación tiene enormes implicaciones, tanto desde el punto de vista del conocimiento sobre la evolución de nuestros parientes y de la nuestra propia como de la conservación de su biodiversidad, pero sobre todo tiene una aplicación práctica en la genética humana que promete acelerar la identificación de nuevas mutaciones asociadas a enfermedades. De hecho, el trabajo ha permitido el desarrollo de un algoritmo de inteligencia artificial con relevancia clínica, ya que permite identificar las causas genéticas de patologías humanas utilizando los datos genómicos de los primates. Es como una especie de ChatGPT de la genética, solo que utiliza la secuencia del ADN en lugar del lenguaje humano.
El trabajo no solo es importante, sino que constituye un hito de la ciencia española, que ha liderado una investigación que se plasma en cinco artículos recogidos en un número especial de la revista Science, una de las biblias de la ciencia, y para lo que se ha aglutinado la participación de investigadores de 24 países, codirigidos también por la Baylor College of Medicine de Estados Unidos y por la compañía Illumina, líder mundial en tecnología de secuenciación genética.
«No podemos asegurar que sea la primera vez que un equipo español lidere un especial de estas características en Science, pero es algo inédito y que creo que no me volverá a pasar algo así en mi carrera científica. El 80 % de los genomas se han realizado en el Centro Nacional de Análisis Genómico, la mayoría de los datos se han generado en España y el estudio se ha liderado desde aquí», destaca con entusiasmo Tomàs Marquès-Bonet, investigador Icrea en el IBE y catedrático de Genética en la Universidad Pompeu Fabra, que ha liderado el trabajo.
Su colega Ivo Gut, director del Centro Nacional de Análisis Genómico (CNAG), no se muestra menos entusiasta. «Este proyecto -dice- ha sido uno de los más importantes en los que hemos trabajado en los últimos años en el CNAG. Hemos desarrollado una nueva metodología de secuenciación, analizando más de 600 genomas de primates. Sin duda es un estudio clave que nos ha permitido obtener una visión muy completa de la variación genética de los primates y del genoma humano»
Pero ¿por qué el ADN de los primates tiene implicaciones en la salud humana? Una de las limitaciones actuales de la genética clínica es la incapacidad actual para detectar, entre cientos de miles de mutaciones, cuáles son las que causan enfermedades y cuáles son benignas. A diferencia de los modelos de experimentación animal, a un paciente no se le pueden manipular sus genes para conocer si con una determinada variación puede ocurrir esto o lo otro.
Mirarnos en el espejo genético
Pero sí podemos mirarnos en el espejo de los primates para, por comparación de los ADN, descartar las mutaciones que pueden ser patogénicas en humanos y centrar la búsqueda en las regiones del genoma que sí pueden tener una influencia directa en enfermedades comunes. Es la pista que ofrece la nueva investigación que, después de realizar el análisis conjunto, ha identificado 4,3 millones de mutaciones que afectan a la composición de los aminoácidos y que pueden alterar la función de las proteínas. De ellas, el 6 % son compartidas entre los sapiens y sus parientes, lo que significa que han sido toleradas y que no son dañinas. «El 6 % de estas mutaciones son abundantes en primates y, por tanto, se consideran potencialmente benignas en enfermedades humanas, dado que se tolera su presencia en estos animales», explica Kyle Farth, vicepresidente de Inteligencia Artificial de Illumina y coautor principal de las publicaciones.
¿Qué pasa entonces con el 96 %? Ahí es donde entra en juego el sistema de inteligencia artificial de aprendizaje profundo, PrimateAI-3D, desarrollado por la empresa Illumina, entrenado para rastrear estas variaciones genéticas e identificar patrones asociados a riesgo de enfermedad. «El algoritmo estudia los patrones de las mutaciones que sabemos que no son patogénicas, aprende de ellas, y luego se aplica a cualquier mutación del genoma humano. Nos da un ránking de cómo de malignas o benignas pueden ser las mutaciones que se encuentren en cualquier genoma a partir de ahora. Y la gran ventaja es que nos guía sobre las zonas en las que debemos buscar para localizar variaciones genéticas causantes de enfermedades», explica Tomás Marquès-Bonet. El algoritmo podría ser utilizado para completar el puzle del origen de enfermedades como el cáncer, la diabetes o las cardiopatías, pero «podría utilizarse para ser empleado en cualquier patología».
La investigación ha permitido revelar otro aspecto no menos importante. «Nos ha permitido definir qué genes son exclusivos de nuestro género», apunta el también catedrático de Genética de la Universidad Pompeu Fabra.
La publicación de este proyecto contiene el catálogo más completo de información genómica de primates elaborado hasta la fecha, que abarca más de la mitad de todas las especies existentes en el planeta y que habitan en zonas que van de Asia, África y Madagascar.
Estos estudios también han indicado que la genética de los primates no siempre se corresponde con su taxonomía. Existen casos en los que las relaciones entre especies se describen más como redes complejas que como simples árboles ramificados.
«Nuevas pistas sobre la evolución»
De los cinco trabajos en Science que aporta la investigación, otro profundiza en la evolución de las especies de babuinos, un grupo amplio y diverso de monos, mostrando que ha habido varios episodios de hibridación y flujo genético entre especies que no se habían reconocido anteriormente. Además, los científicos han revelado que los babuinos amarillos del oeste de Tanzania son los primeros primates no humanos que han recibido aportaciones genéticas de tres linajes distintos.
«Estos resultados sugieren que la estructura genética de la población y la historia de la introgresión entre linajes de babuinos es más compleja de lo que se pensaba, y eso demuestra que los babuinos son un buen modelo para la evolución de los humanos, los neandertales y los denisovanos», afirma Jeffrey Rogers, profesor del Centro de Secuenciación del Genoma Humano de la Facultad de Medicina de Baylor, codirector de los trabajos.
«Nuestros estudios proporcionan pistas sobre qué especies necesitan más urgentemente esfuerzos de conservación y podrían ayudar a identificar las estrategias más eficaces para preservarlas», añade Lukas Kuderna, primer autor de uno de los artículos en Science.
Por último, el nuevo catálogo genómico ha reducido a la mitad el número de innovaciones genómicas que se creían exclusivamente humanas. Esta observación facilita la identificación de aquellas mutaciones no compartidas con los primates que, en consecuencia, pueden ser exclusivas de la evolución humana y de las características que nos hacen humanos.
De la vital transcendencia de la investigación también da cuenta Miquel Llorente, investigador del Departamento de Psicología de la Universitat de Girona y director del Máster en Primatología, pese a que no ha participado en el análisis. «En el ámbito de la primatología, que es el que trabajo, el estudio supondrá un progreso sustancial en diversos campos. En primer lugar, ayudará a comprender, y quizá reordenar, la taxonomía de los primates, ya que cubre casi la mitad de las especies de nuestro orden biológico. Por tanto, no solo tendrá un impacto directo en la comprensión del proceso evolutivo de los primates, sino también en la de los linajes humanos», según una reacción recogida por SMC España. «El estudio -añade- representa un aporte de una magnitud no vista hasta la fecha en la genómica de primates. Sus implicaciones científicas, tanto a nivel de investigación básica como aplicada, son realmente significativas y reflejan la madurez y excelencia del equipo de investigación liderado por Tomàs Marquès-Bonet».