Algoritmos de Netflix para descifrar el lenguaje de cáncer y alzhéimer

Cuando Netflix nos recomienda ver una serie o Facebook nos sugiere una persona para que le enviemos una solicitud de amistad usan potentes algoritmos de aprendizaje automático que les permiten hacer predicciones sobre lo que haremos próximamente. Ahora, un equipo de investigadores se ha basado en esta técnica de inteligencia artificial para descifrar el lenguaje biológico del cáncer y de enfermedades neurogenerativas como el alzhéimer.

Investigadores del St John's College de la Universidad de Cambridge introdujeron una gran cantidad de datos que se habían generado a lo largo de décadas de investigación en un modelo de lenguaje informático para comprobar si la inteligencia artificial era capaz de hacer descubrimientos más avanzados que los científicos.

“El objetivo será utilizar la inteligencia artificial para desarrollar fármacos dirigidos a aliviar drásticamente los síntomas, o evitar que se produzca demencia”

Los resultados del estudio se han publicado en la revista PNAS, y según ha explicado el profesor Tuomas Knowles, y miembro del St John's College y autor principal del artículo: “Llevar la tecnología de aprendizaje automático a la investigación de las enfermedades neurodegenerativas y el cáncer es un cambio de juego absoluto. En última instancia, el objetivo será utilizar la inteligencia artificial para desarrollar fármacos dirigidos a aliviar drásticamente los síntomas, o evitar que se produzca demencia”.

Gracias a la gran cantidad de datos disponible  y a los avances que han conducido a la creación de algoritmos más potentes se está desarrollando rápidamente la tecnología de aprendizaje automático, cuyo uso podría revolucionar el futuro de la investigación sobre el cáncer y las enfermedades neurodegenerativas. Entre estas últimas destacan el alzhéimer, el párkinson y el Huntington, pero los científicos estiman que existen cientos de patologías de este tipo.

Proteínas que destruyen células nerviosas y causan alzhéimer

Muchas funciones clave para el cuerpo humano son desempeñadas por proteínas, unas moléculas grandes y complejas que se encargan de realizar la mayor parte del trabajo en las células, y que son necesarias para la estructura, función y regulación de los tejidos y órganos; los anticuerpos, por ejemplo, son una proteína cuya función es proteger el organismo.

En el caso de la enfermedad de Alzheimer las proteínas sufren una alteración que hace que formen grupos y destruyan las células nerviosas sanas. Cuando el cerebro está sano tiene una especie de sistema de control de calidad capaz de eliminar eficazmente las acumulaciones de proteínas potencialmente peligrosas que se denominan agregados. Los científicos creen que algunas de las proteínas disfuncionales forman también gotitas líquidas de proteínas llamadas condensados ​​que carecen de membrana y se fusionan entre ellas pero, mientras que los agregados de proteínas son irreversibles, los condensados ​​de proteínas pueden formarse y reformarse.

El uso de la tecnología de aprendizaje automático podría revolucionar el futuro de la investigación sobre el cáncer y las enfermedades neurodegenerativas

El profesor Knowles ha explicado que “los condensados ​​de proteínas han atraído recientemente mucha atención en el mundo científico porque controlan eventos clave en la célula, como la expresión génica –cómo nuestro ADN se convierte en proteínas–y la síntesis de proteínas, o cómo las células producen proteínas”. Y ha añadido que “cualquier defecto relacionado con estas gotitas de proteína puede conducir a enfermedades como el cáncer. Es por eso que llevar la tecnología de procesamiento del lenguaje natural a la investigación de los orígenes moleculares del mal funcionamiento de las proteínas es vital si queremos poder corregir los errores gramaticales dentro de las células que causan enfermedades”.

Aprender las “reglas del lenguaje de la enfermedad”

La Dra. Kadi Liis Saar, investigadora en el St John's College y primera autora del artículo empleó una tecnología de aprendizaje automático similar al de plataformas como Netflix, Facebook o Amazon para elaborar un modelo a gran escala de lenguaje que permitiera observar lo que ocurre cuando las proteínas del organismo se alteran y esto provoca la aparición de una enfermedad. La experta explicó que “el cuerpo humano alberga miles y miles de proteínas y los científicos aún no conocen la función de muchas de ellas. Le pedimos a un modelo de lenguaje basado en redes neuronales que aprendiera el lenguaje de las proteínas”.

“Le pedimos específicamente al programa que aprendiera el lenguaje de los condensados ​​biomoleculares que cambian de forma (gotitas de proteínas que se encuentran en las células) que los científicos realmente necesitan entender para descifrar el lenguaje de la función biológica y el mal funcionamiento que causan cáncer y enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer. Descubrimos que podía aprender, sin que se le dijera explícitamente, lo que los científicos ya han descubierto sobre el lenguaje de las proteínas durante décadas de investigación”, ha dicho Liis Saar.

Los hallazgos podrían emplearse en el futuro para “corregir los ‘errores gramaticales’ dentro de las células que causan enfermedades”

“Alimentamos al algoritmo con todos los datos almacenados en las proteínas conocidas para que pudiera aprender y predecir el lenguaje de las proteínas de la misma manera que estos modelos aprenden sobre el lenguaje humano y cómo WhatsApp sabe cómo sugerir palabras para que las uses”. “Entonces –continúa la científica– pudimos preguntarle sobre la gramática específica que hace que solo algunas proteínas formen condensados ​​dentro de las células. Es un problema muy desafiante y desbloquearlo nos ayudará a aprender las reglas del lenguaje de la enfermedad”.

Según los autores del estudio, sus hallazgos podrían emplearse en el futuro para “corregir los ‘errores gramaticales’ dentro de las células que causan enfermedades”, y podrían contribuir a nuevos descubrimientos que trascendieran la capacidad del cerebro humano para comprender por qué enferma el organismo. La red que han desarrollado se ha puesto a disposición de científicos de todo el mundo.