En este sentido, investigadores de la Universidad de California en San Diego (EEUU) que investigan las secuencias de ADN que activan los genes usaron inteligencia artificial para identificar una enigmática pieza del rompecabezas relacionada con la activación de genes. Este es un proceso fundamental involucrado en el crecimiento, el desarrollo y la enfermedad. Mediante aprendizaje automático, el profesor de la Facultad de Ciencias Biológicas James T. Kadonaga y su equipo descubrieron la región promotora del núcleo (DPR) aguas abajo , un código de activación de ADN de «puerta de enlace» que está involucrado en la operación de hasta un tercio de nuestros genes.

A partir de este descubrimiento, el prof.Kadonaga y los investigadores Long Vongoc y Torrey E. Rhyne han utilizado, recientemente, el aprendizaje automático para identificar secuencias de ADN «extremas sintéticas» con funciones diseñadas específicamente en la activación de genes, tal como publican en la revista ´Genes & Development´.

Los investigadores probaron millones de diferentes secuencias de ADN a través del aprendizaje automático (IA) comparando el elemento de activación del gen DPR en humanos versus moscas de la fruta ( Drosophila ). Al usar IA, pudieron encontrar secuencias DPR raras y personalizadas que están activas en humanos pero no en moscas de la fruta y viceversa. De manera más general, este enfoque ahora podría usarse para identificar secuencias de ADN sintético con actividades que podrían ser útiles en biotecnología y medicina.

«Hemos demostrado el uso de IA para el diseño de elementos de ADN personalizados en la activación de genes. Hay innumerables aplicaciones prácticas de este enfoque basado en IA. Las secuencias de ADN extremas sintéticas pueden ser muy raras, tal vez una en un millón; si existen, podrían encontrarse mediante el uso de IA. Este método debería tener aplicaciones prácticas en biotecnología e investigación biomédica», concluyó el prof. Kadonaga.

Mayo 19/2023 (IMMédico) – Tomado de Enfermedades Raras, Oncología  Copyright 2023 Copyright: Publimas Digital.

El estudio, publicado en la revista Science, también podría ayudar a comprender cómo los diferentes mamíferos evolucionaron entre sí y ayudaría a refinar los métodos de la medicina regenerativa.

Todos los mamíferos siguen los mismos pasos para crecer desde embriones hasta adultos. Esto implica la misma serie de eventos, en la misma secuencia, utilizando genes y señales moleculares similares. Sin embargo, la velocidad del progreso a través de estos pasos difiere considerablemente de una especie a otra.

Por ejemplo, las neuronas motoras, las células nerviosas que controlan el movimiento muscular, tardan unos tres días en desarrollarse en ratones, pero más de una semana en desarrollarse en humanos.

Para comprender qué gobierna esta velocidad en diferentes especies, la investigadora Teresa Rayon y sus colegas del laboratorio de Dinámica del Desarrollo de James Briscoe en el Instituto Francis Crick primero cultivaron neuronas motoras a partir de células madre en el laboratorio, para que pudieran cronometrar el desarrollo de las células sin ninguna influencia del entorno interno del embrión.

Usando células madre de ratón y humanas, vieron la misma diferencia de velocidad entre las especies. Las neuronas motoras humanas tardaron más del doble de tiempo que las neuronas motoras de ratón en formarse, por lo que sabían que la respuesta debía estar dentro de las células mismas, no en el entorno circundante.

También comprobaron si los genes eran los responsables introduciendo secuencias de ADN humano en células de ratón. Sin embargo, esto no alteró la velocidad de desarrollo, por lo que la respuesta tampoco estaba en los genes.

En cambio, los investigadores descubrieron que las diferencias en la velocidad a la que se descomponen y reemplazan las proteínas explican la diferencia de velocidad entre las dos especies. Las proteínas se transforman constantemente, se fabrican y se desmantelan, en las células, y esto sucede dos veces más rápido en las células de ratón en comparación con las células humanas.

Esta tasa más rápida de renovación de proteínas en las células de ratón explica el ritmo más rápido de formación de neuronas motoras.

Teresa Rayon explica que «las neuronas motoras humanas y de ratón utilizan los mismos genes y moléculas para su desarrollo embrionario, pero el proceso tarda más en desarrollarse en los seres humanos. Las proteínas son simplemente más estables en los seres humanos que los embriones de ratón y esto ralentiza la tasa de desarrollo humano», añade.

«Es como si un ratón y un embrión humano estuvieran leyendo la misma partitura musical y tocando la misma melodía, pero el metrónomo funciona más lentamente en los humanos que en los ratones –explica–. Ahora que hemos encontrado el metrónomo, queremos entender cómo cambiar su velocidad».

Comprender los mecanismos que controlan la velocidad del desarrollo tiene implicaciones para la medicina regenerativa y para el uso de células madre para comprender la enfermedad. Ser capaz de acelerar o ralentizar el desarrollo de células madre podría ayudar a perfeccionar los métodos para la producción de tipos específicos de células para aplicaciones de investigación y terapéuticas y también podría proporcionar información relevante para ralentizar el crecimiento de células en enfermedades como el cáncer.

James Briscoe, quien dirigió el equipo de investigadores, señala que «los cambios en el tiempo de desarrollo, los llamados heterocronías, juegan un papel profundo en la evolución de las diferencias en las formas y tamaños corporales entre especies».

 «Por ejemplo, el cerebro humano es más grande porque sus células crecen durante un período de tiempo más largo durante el desarrollo embrionario que las células equivalentes en ratones, continúa. Por lo tanto, más allá de las aplicaciones prácticas, comprender cómo se controla el ritmo del desarrollo embrionario tiene el potencial de ayudarnos a comprender cómo evolucionaron las diferentes especies».

 octubre 14/2020 (Europa Press). Tomado de la Selección Temática sobre Medicina de Prensa Latina. Copyright 2019. Agencia Informativa Latinoamericana Prensa Latina S.A.