Supercomputació, genòmica i medicina personalitzada

Per la tardor de 2015 van coincidir diversos factors. Vam aprofitar-los i vam pensar en dedicar el trimestre a les noves tècniques, que permeten nous estudis i, en conseqüència, condueixen a nou coneixement. La forma singular de mirar l’entorn que volíem tractar el mes de setembre era la que aprofitava les instal·lacions del Barcelona Supercomputing Center.

Com Mateo Valero, el director que ens havia promès que vindria, no ho va poder fer atés que era per una reunió de feina a Canadà, va venir David Torrents, investigador ICREA i cap de l’equip de Genòmica Computacional al mateix centre. Vam guanyar, seguim amb la promesa de Mateo i vam tenir una estona a en David a la nostra disposició per parlar-nos de Supercomputació, genòmica i medicina personalitzada.

L’enfoc de la seva xerrada va anar en el sentit de conèixer sobre com les eines bioinformàtiques ajuden a respondre preguntes específiques relacionades amb els mecanismes genòmics i moleculars que hi ha rere la malaltia. I això és perquè la supercomputació permet de gestionar gran quantitat de dades biològiques, que poden ajudar a descobrir les causes de les malalties i contribuir a generar diagnòstics i teràpies. Així que primer descriurem la seva recerca i després apuntarem algunes reflexions que van sortir.

Recerca experimental i computacional

La feina que fan en David i el seu equip multidisciplinar –format per enginyers, informàtics, biòlegs, físics i estadístics, a més de les persones que els donen suport administratiu– és desxifrar i entendre la biologia dels genomes, les molècules de la vida, contenen la informació necessària per al desenvolupament i l’evolució dels organismes vius.

Aquesta informació està codificada per quatre lletres. L’anàlisi de seqüències genòmiques i els seus derivats permeten de descobrir les regles i els patrons generals que controlen i fan possible la vida. Per a donar respostes a les preguntes moleculars, evolutives i biomèdiques específiques, la seva activitat de recerca comporta mètodes computacionals i experimentals.

Els biòlegs vinculats a l’estudi del genoma amb computadores investiguen principalment el genoma; desprès, proteïnes; i, només un 10% es dedica a la Biologia de Sistemes, que estudien les interaccions complexes en els sistemes biològics.

Un dels programes que ha elaborat l’equip de David permet de seqüenciar el genoma més ràpid. I l’han posat a disposició de la comunitat científica de forma gratuïta. Programes que comparteixen els mateixos objectius canviaran el diagnòstic i el tractament clínic en  malalties com el càncer.

Una mutació, una teràpia

Atès que el genoma és el llibre d’instruccions per a fer les proteïnes, que són les veritables executores de les indicacions, conèixer un gen mutat, que fa una proteïna mutada, pot donar lloc a una teràpia. Per exemple, el càncer de pàncrees es deu a diversos gens mutats; aquesta diversitat en el genotip, comparteix el fenotip, la mateixa malaltia aparent. Ara per ara, però, la teràpia gènica està a les beceroles.

Moltes mutacions són produïdes per l’ambient, com ara pel Sol, que pot produir càncer de pell, o pel tabac, que és un tòxic que pot produir mutacions i càncer. De fet, tota la vida estem fent mini-tumors, però el nostre sistema immunitari els detecta i els elimina. Ara bé, de vegades, algun mecanisme falla, i es desenvolupa un càncer que pot generar problemes.

Amb les tècniques més modernes, i amb ajuda de màquines de seqüenciació, es podran fer diagnòstics específics en malalts. Es podrà fer la comparació entre el genoma d’una cèl·lula sana i una altra de malalta. I, aleshores, dissenyar una teràpia per al producte alterat, la proteïna codificada de forma alterada en les cèl·lules malaltes.

L’estudi específic de les cèl·lules tumorals en els malalts faran augmentar l’eficiència de les teràpies. Els tractaments tindran menys efectes secundaris, ja que seran tractaments únics per a cada malalt; no com la quimioteràpia o la radioteràpia, que són inespecífiques i ataquen totes les cèl·lules que es divideixen. Ara bé, per a això, els metges clínics caldrà que sàpiguen genètica.

Magatzems enormes

Les primeres seqüencies de genomes les va fer Sanger fa uns quaranta anys; es trigava molt de temps en fer-les. Seqüenciar el primer genoma humà va costar quinze anys i uns 3.000 milions de dòlars. Amb les tècniques de seqüenciació actuals, tant de laboratori com computacionals, un genoma s’estableix en un o dos dies, i pot costar entre 2.000 i 3.000€. Es pensa que l’any que ve, el 2016, costarà uns 700€ i anirà més ràpid. En pocs anys, per 100€ podrem tenir la seqüència del nostre genoma.

Aquestes dades donen idea de la facilitat amb què s’aplicaran les tècniques de seqüenciació en poc temps. Conèixer les seqüencies de molta diversa procedència, permetrà fer comparacions i aprendre quines variacions genètiques (genotips) generen diferents manifestacions (fenotips). I situar-les en el genoma humà.

El genoma de referència és el primer genoma que es va seqüenciar. Es va fer triant vint persones a l’atzar; de les quals se’n van seleccionar deu; i amb set o vuit es va aconseguir una barreja de genomes. Es va prendre de referència, no perquè sigui perfecte, que no ho és (no n’hi ha cap), sinó perquè hi ha d’haver un patró per referenciar la posició de les seqüències d’altres genomes. És una referència topogràfica.

Ara, aquesta facilitat, genera un problema secundari. Cada genoma ocupa uns 100 Gb, mínim; més freqüentment, entre 300 i 400 Gb. Hi ha projectes que estudien fins a 20.000 genomes. Totes aquestes seqüencies, on s’arxivaran? Caldrà pensar en grans arxius digitals i grans màquines que els puguin llegir quan calgui trobar informació d’ells.

Hi ha tants genomes seqüenciats, que l’empresa 23andme ofereix seqüenciacions i la possibilitat de trobar els parents genètics que no coneixem. Fa uns anys, el que oferien era l’estudi de la susceptibilitat a malaltia genètica de les persones, però la FDA la va tancar. Ara, es basen en determinar i comparar els genomes estudiats amb la distribució genètica de les poblacions humanes.

Trets de comportament vinculats al genoma

David diu que si heretem la forma del nas, podem heretar pors, angoixes, inquietuds… formes de ser. Els anys seixanta es va fer un experiment que ara no seria permès. Es van prendre uns ximpanzés en néixer, i se’ls van allunyar d’altres congèneres seus. I van ser educats per una mare artificial. Cap afecte. I es va enregistrar tot el seu aprenentatge.

Entre les joguines tenien una serp de plàstic i un ram de flors liles. Després d’un temps, se’ls van passar pel·lícules de ximpanzés fugint de serps i de flors liles. Quan, més tard, van ser exposats a serps de plàstic de nou i rams de flors liles, de les serps si tenien por i fugien, però no pas dels rams de flors, és com si hi hagués una herència del comportament. Cosa que faria caure el mite de la tabula rasa. Així doncs, si heretem la forma del nas, perquè no podem heretar el caràcter? Pregunta David.

El perfil humà del ponent

David Torrent es descriu com a un mal estudiant que es va acabar llicenciant en Biologia a la UB. Va treballar molts anys en el laboratori i finalment va passar-se a la bioinformàtica. Després de fer la tesi, va estar set anys a Alemanya. Agraeix molt als seus pares que no el forcessin a estudiar quan era jove i no tenia clar què volia fer.

Més informació

L’empaquetament del material genètic. Marc Martí-Renom (18/10/2014)

La regulació del genoma. Miguel Beato (20/11/2014)