La genómica está revolucionando la medicina y la ciencia, pero los enfoques actuales todavía luchan por captar la amplitud de la diversidad genética humana. pangenomas que incorporan el ADN de muchas personas podría ser la respuesta, y un nuevo proyecto cree que las computadoras cuánticas serán un facilitador clave.
Cuando el Proyecto Genoma Humano publicó su primer genoma de referencia en 2001, se basó en el ADN de sólo un puñado de humanos. Si bien menos del uno por ciento de nuestro ADN varía de persona a persona, esto aún puede dejar lagunas importantes y limitar lo que podemos aprender de los análisis genómicos.
Por eso el concepto de pangenoma se ha vuelto cada vez más popular. Esto se refiere a una colección de secuencias genómicas de muchas personas diferentes que se han fusionado para cubrir una gama mucho mayor de posibilidades genéticas humanas.
Sin embargo, ensamblar estos pangenomas es complicado y su tamaño y complejidad hacen que realizar análisis computacionales sobre ellos sea desalentador. Es por eso que la Universidad de Cambridge, el Instituto Wellcome Sanger y el Instituto Europeo de Bioinformática del Laboratorio Europeo de Biología Molecular se han unido para ver si las computadoras cuánticas pueden ayudar.
"Apenas hemos arañado la superficie de la computación cuántica y la pangenómica", dijo David Holland del Instituto Wellcome Sanger. dijo en un comunicado de prensa. “Así que unir estos dos mundos es increíblemente emocionante. No sabemos exactamente lo que está por venir, pero vemos grandes oportunidades para nuevos avances importantes”.
Los pangenomas podrían ser crucial para descubrir cómo las diferentes variantes genéticas impactan la biología humana o la de otras especies. El genoma de referencia actual se utiliza como guía para ensamblar secuencias genéticas, pero debido a la variabilidad de los genomas humanos, a menudo hay fragmentos importantes de ADN que no coinciden. Un pangenoma capturaría mucho más de esa diversidad, facilitando conectar los puntos y brindándonos una visión más completa de los posibles genomas humanos.
A pesar de su poder, es difícil trabajar con pangenomas. Mientras que el genoma de una sola persona es sólo una secuencia lineal de datos genéticos, un pangenoma es una red compleja que intenta capturar todas las formas en que sus genomas constituyentes se superponen y no.
Estos llamados “gráficos de secuencia” son difíciles de construir y aún más difíciles de analizar. Y requerirá altos niveles de potencia computacional y técnicas novedosas para hacer uso de la rica representación de la diversidad humana que contiene.
Ahí es donde este nuevo proyecto ve cómo los ordenadores cuánticos echan una mano. Basándose en las peculiaridades de la mecánica cuántica, pueden abordar ciertos problemas computacionales que son casi imposibles para las computadoras clásicas.
Si bien todavía existe una considerable incertidumbre sobre qué tipo de cálculos podrán ejecutar realmente las computadoras cuánticas, muchos esperan que mejoren dramáticamente nuestra capacidad para resolver problemas relacionados con sistemas complejos con una gran cantidad de variables. Este nuevo proyecto tiene como objetivo desarrollar algoritmos cuánticos que aceleren tanto la producción como el análisis de pangenomas, aunque los investigadores admiten que aún es temprano.
"Estamos empezando desde cero porque todavía no sabemos ni siquiera cómo representar un pangenoma en un entorno de computación cuántica", dijo en el comunicado de prensa David Yuan, del Instituto Europeo de Bioinformática. “Si lo comparamos con los primeros alunizajes, este proyecto equivale a diseñar un cohete y entrenar a los astronautas”.
El proyecto ha recibido 3.5 millones de dólares, que se utilizarán para desarrollar nuevos algoritmos y luego probarlos en hardware cuántico simulado utilizando supercomputadoras. Los investigadores creen que las herramientas que desarrollan podrían conducir a avances importantes en la medicina personalizada. También podrían aplicarse a pangenomas de virus y bacterias, mejorando nuestra capacidad para rastrear y gestionar brotes de enfermedades.
Dado su carácter exploratorio y la dificultad para conseguir que las computadoras cuánticas hagan algo práctico, podría pasar algún tiempo antes de que el proyecto dé frutos. Pero si tienen éxito, los investigadores podrían ampliar significativamente nuestra capacidad para entender los genes que dan forma a nuestras vidas.
Crédito de la imagen: Gerd Altmann / Pixabay
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- Fuente: https://singularityhub.com/2024/04/26/how-quantum-computers-could-illuminate-the-full-range-of-human-genetic-diversity/