L’intelligenza artificiale fa luce sulle mutazioni genetiche

La ricerca nel campo delle mutazioni genetiche da oggi ha un nuovo alleato, un algoritmo denominato AlphaMissense che sarà in grado di prevedere gli effetti di milioni di mutazioni missenso e accelerare le diagnosi e lo studio di nuove e più accurate terapie.

Sviluppato da DeepMind, società di intelligenza artificiale in capo a Google, il software analizza in automatico gli effetti di milioni di mutazioni missenso, quelle che clinicamente riguardano il cambio di un singolo nucleotide del Dna, spesso senza alcuni effetti sulla proteina codificata, ma talvolta capaci di alterare gli amminoacidi generati, con conseguenze sul funzionamento della proteina stessa.

Classificare queste mutazioni rappresenta una sfida cruciale per la genetica umana: degli oltre 4 milioni di varianti missenso osservate finora (tipicamente una persona ne ha circa 9.000 in tutto il suo genoma), solo il 2% è stata inquadrata come benigna o patogena, mentre la stragrande maggioranza nasconde ancora un significato clinico tutto da scoprire.

Potrebbero essere la causa di malattie come la fibrosi cistica o l’anemia falciforme, il cancro o ancora alcuni ritardi nello sviluppo del cervello.

Lo strumento, presentato su Science, funziona grazie all’intelligenza artificiale ed è stato addestrato con dati sul Dna di esseri umani e primati per scoprire quali mutazioni missenso siano comuni (e quindi, probabilmente benigne) e quali siano rare e potenzialmente dannose.

I ricercatori hanno usato AlphaMissense per prevedere la pericolosità di tutti i 216 milioni di possibili cambiamenti di singoli aminoacidi nelle 19.233 proteine umane: hanno così ottenuto 71 milioni di previsioni di varianti missenso, un enorme catalogo che potrà aiutare a individuare le varianti più pericolose da indagare.

In un secondo momento AlphaMissense è stato utilizzato per classificare l’89% di queste varianti missenso, prevedendo che il 57% potrebbe avere una natura benigna mentre il 32% potrebbe causare malattie.

Quando all’intelligenza artificiale addestrata viene sottoposta una mutazione, genera un punteggio tra 0 e 1 che riflette quanto rischioso sembri essere il cambiamento genetico, sebbene non abbia gli strumenti per affermare in che modo la mutazione possa causare eventuali problemi.

«È un modello linguistico, ma addestrato sulle sequenze proteiche», spiega Jun Cheng, coautore dell’articolo. «Se sostituiamo una parola di una frase in inglese – spiega – una persona che ha familiarità con la lingua è in grado di capire immediatamente se le modifiche cambieranno o meno il significato della frase».

Il professor Ben Lehner, leader del gruppo senior di genetica umana presso il Wellcome Sanger Institute, ha affermato che le previsioni dell’Al devono ancora essere verificate da altri scienziati. Se venisse confermato il suo enorme potenziale, con il ridottissimo margine errore finora calcolato, AlphaMissense potrebbe fare da apripista per altri programmi di applicazione dell’intelligenza artificiale alla biologia.

Dal momento che non è stato addestrato specificamente per risolvere il problema delle varianti missenso, ma più in generale per identificare e riconoscere le proteine esistenti (e quindi gli errori nella loro costruzione), le sue applicazioni potrebbero portare a una migliore comprensione dell’intero genoma umano e del modo in cui viene espresso.

Il nuovo strumento diventerà presto di utilizzo pubblico: è stato testato da Genomics England, che collabora con il servizio sanitario nazionale britannico, e secondo la vicedirettrice Ellen Thomas l’organo di salute pubblica d’oltremanica sarà tra le prime organizzazioni a beneficiare del software.