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MADRID, 2 Feb. (EUROPA PRESS) -
La inteligencia artificial ya permite rastrear la evolución de los elementos de control genético en el cerebelo en desarrollo de los mamíferos, según el trabajo de un equipo internacional de investigación, liderado por biólogos de la Universidad de Heidelberg (Alemania), el Vlaams Instituut voor Biotechnologie y la Universidad Católica de Lovaina (Bélgica).
En concreto, el equipo ha desarrollado modelos avanzados de IA que predicen la actividad de estos elementos basándose únicamente en su secuencia de ADN. Utilizando estos modelos, los científicos pudieron rastrear los cambios evolutivos en los programas de control, identificando también aquellos específicos del linaje humano. Los resultados del estudio se publicaron en la revista 'Science'.
Los elementos de control genético son secuencias de ADN que determinan dónde y cuándo se activan los genes. Los cambios en la actividad de estos elementos pueden impulsar innovaciones evolutivas, como la expansión del cerebro. Una región cerebral que se expandió notablemente durante la evolución humana es el cerebelo, que, además de su función en el movimiento y el equilibrio, también contribuye a la cognición, la emoción y el lenguaje.
"Rastrear la evolución de los elementos de control genético ha sido un desafío durante mucho tiempo debido a su rápida renovación evolutiva y a nuestra limitada comprensión de cómo se codifica su actividad en su secuencia de ADN", explica el profesor Henrik Kaessmann, líder del grupo de investigación del Centro de Biología Molecular de la Universidad de Heidelberg (ZMBH).
Para cerrar esta brecha de conocimiento, los investigadores aprovecharon los avances en inteligencia artificial. "Las herramientas personalizadas para el análisis basado en IA de conjuntos de datos completos y complejos en las ciencias de la vida nos han permitido decodificar la gramática de secuencias y, por consiguiente, los perfiles de actividad genéticamente codificados de estos elementos de control", detalla el doctor Stein Aerts, biólogo computacional del Vlaams Instituut voor Biotechnologie y la Universidad Católica de Lovaina, quien codirigió los estudios de investigación.
Los investigadores emplearon tecnologías de secuenciación modernas para mapear la actividad de estos elementos en células individuales del cerebelo en desarrollo de humanos, bonobos, macacos, titíes, ratones y zarigüeyas. Utilizando este conjunto de datos único, entrenaron modelos basados en aprendizaje automático para predecir la actividad de los elementos de control directamente a partir de la secuencia de ADN correspondiente.
Estos modelos de IA no solo modelaron la actividad de estos elementos en las seis especies estudiadas, sino que también predijeron con precisión la actividad en otros mamíferos. "Esto demuestra que las reglas de secuenciación que definen los elementos de control genético en los tipos de células cerebelosas se han conservado en gran medida a lo largo de la evolución de los mamíferos", explican los autores.
Basándose en estos hallazgos, los científicos aprovecharon la capacidad de los modelos de IA para reconocer reglas de secuencia conservadas para predecir la actividad de los elementos de control en 240 especies de mamíferos. Para cada elemento humano, los investigadores lograron identificar si la secuencia correspondiente está activa en otros mamíferos.
Esto les permitió reconstruir la historia evolutiva de los programas reguladores humanos en alta resolución e identificar aquellos que probablemente contribuyeron a innovaciones evolutivas clave en el cerebelo humano.
El proyecto fue financiado por diversas organizaciones y fundaciones, como el Consejo Europeo de Investigación, la Organización Europea de Biología Molecular y la Fundación Simons.
