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CRISPR-Cas9: La inteligencia artificial se involucra en la edición de genes

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Descubierta en 2013, la CRISPR-Cas9 es una nueva y revolucionaria técnica de edición de genes.

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Ya sea que se describa como una solución milagrosa para tratar enfermedades genéticas o como una herramienta poderosa para aumentar el número de seres humanos y crear una especie humana más resistente, CRISPR-Cas9 se ha convertido en un campo de investigación maravilloso para la comunidad científica. Uno que involucra a AI. Richard Sherwood, profesor adjunto de medicina en el Brigham and Women's Hospital de la Facultad de Medicina de Harvard (Boston), creó InDelphi, un programa de computación con inteligencia artificial que puede predecir los resultados de la reparación de CRISPR. Hablamos con él.

Richard Sherwood

Revista electrónica DirectIndustry: ¿Puede explicar rápidamente cómo funciona CRISPR-Cas9?

Richard Sherwood: En biología, CRISPR-Cas9 es un sistema inmunológico bacteriano contra los virus. Las bacterias han desarrollado una forma de reconocer secuencias específicas de ADN y luego utilizar la enzima Cas9, que es un par de tijeras moleculares, para cortar esa secuencia de ADN que básicamente matará al virus. Lo que los investigadores han sido capaces de hacer durante más de 20 años de investigación es secuestrar ese sistema para que ahora, simplemente guiando la enzima Cas9 a cualquier secuencia de ADN de su elección en una célula humana, pueda conseguir que la enzima Cas9 corte esa secuencia. Entonces lo que sucede es que la célula humana, a diferencia del virus, no sólo muere, sino que encuentra una manera de reparar ese corte. Esa reparación a menudo causa una mutación. La causa de mutaciones en el ADN está en el corazón del campo CRISPR Cas9. Desde el punto de vista de la investigación, es increíblemente útil porque muchas enfermedades genéticas hereditarias, así como el cáncer, en realidad son causadas por mutaciones en el ADN.

DI e-mag: ¿Podría contarnos más sobre InDelphi?

R.S.: La motivación de lo que hicimos es que la mayoría de la gente ha estado usando CRISPR para romper genes. A menudo utilizo esta analogía: si tienes un martillo, la forma más fácil de usarlo es simplemente romper algo, pero también puedes usarlo para cincelar y hacer una escultura si lo usas de la manera correcta. Eso es lo que estábamos viendo: ¿podemos usar Cas9 de una manera más refinada para saber lo que estamos haciendo y, en algunos casos, ser capaces de arreglar genes rotos?

El proceso real que estamos viendo es sobre lo que sucede en una célula después de que el ADN de esa célula ha sido cortado con CRISPR. Descubrimos que cuando una célula ha sido cortada, la reparación no es al azar; hay maneras muy específicas en que la célula repara los cortes de CRISPR. Así que fuimos capaces de utilizar la máquina de aprender a tener un programa de computadora que puede predecir cómo sucede esto. Así que ahora lo que podemos hacer, y eso no ha sido posible antes, es que cuando la CRISPR es dirigida a un sitio en el genoma podemos predecir qué tipo de mutaciones serán causadas. Nuestro algoritmo fue capaz de encontrar patrones y una de las cosas realmente sorprendentes que surgieron de esto fue que hay ciertos lugares en el genoma donde cuando CRISPR corta, la célula básicamente tiene una forma dominante de reparar esa ruptura.

DI e-mag: ¿Cómo lo sabe la máquina? ¿Cómo se entrena?

R.S.: Hacemos esto generando muchos y muchos datos. Desarrollamos un enfoque en el que pudimos dirigir la CRISPR a miles de sitios diferentes en el genoma y monitorear qué tipo de mutaciones puede causar. Ese fue un rico conjunto de datos que incluía cientos de millones de mutaciones reales de ADN. Usando ese gran conjunto de datos sin precedentes sobre los tipos de mutaciones causadas por CRISPR, entonces pudimos entrenar el algoritmo para buscar patrones. Fue capaz de encontrar patrones y una de las cosas realmente sorprendentes que surgieron de esto fue que hay ciertos lugares en el genoma donde cuando CRISPR corta, la célula básicamente tiene una forma dominante de reparar esa ruptura.

Es como si rompieras un pedazo de vidrio, esperas que se rompa en múltiples pedazos y no puedes predecir qué tipo de pedazos obtienes. Lo que estábamos mostrando es que si rompes un trozo de vidrio (en un lugar específico), siempre se romperá de una manera en particular.

DI e-mag: ¿Cómo puede estar seguro de que las predicciones de la máquina son correctas?

Cortesía de InDelphi

R.S.: En el campo del aprendizaje con máquinas, hay formas bastante estándar de probar la precisión. Generalmente usted entrena su programa en el 80 o 90% de sus datos y luego usa el 10 o 20% restante para probar qué tan bien lo hace el algoritmo. Nuestro algoritmo fue extremadamente preciso para predecir los eventos de reparación. Desde entonces hemos hecho otro conjunto de miles de sitios rotos en el genoma y hemos descubierto que el algoritmo era igualmente preciso para predecir lo que ocurría en esos sitios.

Sólo hicimos esto en las celdas de un plato. Antes de que pensemos en utilizarlo terapéuticamente en pacientes, queremos probarlo en modelos animales y, eventualmente, en entornos más relevantes desde el punto de vista clínico.

DI e-mag: ¿Qué hay acerca del uso de CRISPR en personas sanas? El biohacker Josiah Zayner finge que ha estado usando CRISPR en su propio ADN. ¿Qué opinas tú?

R.S.: En este momento, mi suposición es que las personas que afirman que están usando CRISPR fuera del sistema médico no están haciendo nada útil. En el

en el campo médico tenemos una forma muy bien probada de determinar si algo es útil para los pacientes, lo que se llama los ensayos clínicos. No creería cosas fuera de los ensayos clínicos.

DI e-mag: ¿Quién puede utilizar la tecnología CRISPR? ¿Es fácil?

R.S.: Sí, y esa es una de las razones por las que la CRISPR es tan revolucionaria: para los científicos es extremadamente fácil de usar. Es realmente mejor hacerlo en un laboratorio porque tienes que introducir tanto la enzima Cas9 como el ARN guía en tu célula. Hay formas muy bien distribuidas en el laboratorio para que sea muy fácil de hacer. Esto funciona en todos los tipos de animales y plantas. Fuera de un laboratorio, no sé qué tipo de personas están tratando de hacer algunos experimentos, pero ciertamente CRISPR es accesible para cualquier científico. En realidad, se puede comprar la proteína Cas9 en sí misma que alguien más ha purificado, de las compañías médicas. También puede comprar el ARN guía como ADN.

DI e-mag: ¿Qué hay de la perspectiva transhumanista de usar CRISPR para crear humanos aumentados?

R.S.: A largo plazo, sí, creo que podría usarse para aumentar el número de seres humanos porque es una tecnología que puede cambiar los genes. Pero lo hemos estado usando durante muy poco tiempo, también hemos visto que puede tener consecuencias no deseadas. Todavía estamos en una etapa tan temprana de investigación que la idea de usarla para algo que no está corrigiendo una enfermedad genética es para mí muy prematura porque no entendemos los efectos a largo plazo.

DI e-mag: ¿Crees que con CRISPR crearemos una nueva especie humana?

R.S.: A corto plazo, yo diría que la respuesta es no. En los últimos 25 años han surgido muchos descubrimientos excitantes en medicina, pero realmente se necesitan décadas para que empiecen a tener un gran impacto en el cuidado de la salud. Un ejemplo es el uso del sistema inmunológico para combatir el cáncer. Esa idea surgió en los últimos 10 a 20 años y sólo ahora existe la primera inmunoterapia en el mercado - que ha tenido algunas curas milagrosas. Sin embargo, aún queda un largo camino por recorrer. Así que para CRISPR es lo mismo. Podríamos mirar hacia un horizonte de cien años, creo, entonces podría tener implicaciones y podríamos estar teniendo esta discusión de nuevo...

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