Per decenni, gli scienziati hanno lottato per comprendere le vaste porzioni di DNA non codificante all’interno dei nostri genomi, spesso chiamato “DNA spazzatura” perché non costruisce direttamente le proteine. Ora, Google DeepMind ha presentato AlphaGenome, un nuovo modello di intelligenza artificiale progettato per prevedere come questo misterioso materiale genetico influenza la salute e le malattie. Ciò rappresenta un significativo passo avanti nella genomica, consentendo potenzialmente di comprendere meglio come le mutazioni influiscono sull’espressione genetica.
Il linguaggio nascosto del genoma
Il genoma umano è in gran parte non codificante, con oltre il 98% costituito da DNA che non si traduce in proteine. Tuttavia, questa “materia oscura” regola l’attività genetica, determinando se le cellule funzionano correttamente o si ammalano. La sfida è sempre stata prevedere come funzionino queste regioni non codificanti, fino ad ora.
AlphaGenome analizza sequenze di DNA lunghe fino a un milione di paia di basi, valutando come le mutazioni alterano l’espressione genetica. Questo è un passo cruciale perché le malattie genetiche spesso derivano da cambiamenti in queste regioni non codificanti, non solo nei geni codificanti le proteine. I creatori del modello lo hanno reso liberamente disponibile alla più ampia comunità di ricerca.
Basarsi sui successi dell’IA
AlphaGenome si basa sulle precedenti scoperte di DeepMind nella biologia basata sull’intelligenza artificiale. Per primo è arrivato AlphaFold, che prevede accuratamente le strutture proteiche dalle sequenze di aminoacidi, facendo guadagnare ai suoi sviluppatori un premio Nobel per la chimica nel 2024. Poi è arrivato AlphaMissense, incentrato sulle mutazioni che codificano le proteine. AlphaGenome estende questo potere al vasto spazio non codificante, affrontando un problema precedentemente intrattabile.
“È come se avessi un enorme libro di tre miliardi di caratteri e in questo libro fosse successo qualcosa di sbagliato”, spiega Pushmeet Kohli, vicepresidente scientifico di DeepMind. “AlphaGenome può essere usato per dire: ‘Se cambiassi queste parole, quale sarebbe l’effetto?’”
Come funziona AlphaGenome
Il modello combina dati provenienti da più fonti relative all’espressione genica, identificando modelli e prevedendo le conseguenze funzionali dei cambiamenti del DNA. Un’innovazione chiave è la sua capacità di gestire sequenze di DNA estremamente lunghe senza sacrificare la precisione, una limitazione degli strumenti precedenti. Ciò significa che i ricercatori possono studiare intere regioni normative contemporaneamente, anziché mettere insieme dati frammentati.
Potenziali applicazioni
AlphaGenome non è ancora pronto per l’uso clinico. Ma le sue applicazioni di ricerca sono vaste:
– Comprendere le malattie: Individuazione delle mutazioni che causano malattie genetiche, compreso il cancro.
– Terapia genica: Progettazione di trattamenti più efficaci mirando alle regioni regolatorie corrette.
– Studi sull’intero genoma: analisi del modo in cui i genomi regolano i geni in diverse cellule e tessuti.
– Condizioni rare: Aiuta a diagnosticare malattie genetiche rare in cui le mutazioni sottostanti sono sconosciute.
“Nonostante tutte le migliori valutazioni in nostro possesso, sembra che AlphaGenome abbia fatto un passo avanti [nel campo]”, afferma David Kelley di Calico Life Sciences.
Avvertenze e passi futuri
AlphaGenome ha dei limiti. È stato addestrato solo su genomi umani e di topo e potrebbe non rilevare effetti in altre specie. Anche il modello è imperfetto; potrebbe non prevedere alcun effetto quando ne esiste uno. I ricercatori stanno lavorando per migliorare il potere predittivo e quantificare l’incertezza.
“Prevedere come si manifesterà una malattia a partire dal genoma è un problema estremamente difficile, e questo modello non è in grado di prevederlo magicamente”, afferma Žiga Avsec, responsabile della genomica di DeepMind. “Ma AlphaGenome può restringere l’insieme delle possibili mutazioni coinvolte in una malattia, rendendolo utile per dare priorità alla ricerca”.
AlphaGenome rappresenta un progresso incrementale ma reale. Non risolverà i misteri del genoma da un giorno all’altro, ma offre un nuovo potente strumento per svelare le complessità del progetto della vita.
