Diez mil años después de que los últimos mamuts lanudos desaparecieran con la última Edad de Hielo, un equipo de biólogos computacionales tiene la misión de recuperarlos dentro de cinco años.
Dirigida por el pionero de la biología sintética George Church, Colossal Biosciences también busca recuperar el pájaro dodo y el tigre de Tasmania, así como ayudar a salvar especies en peligro de extinción.
“El mamut lanudo es una especie muy icónica para traer de vuelta”, dijo Eriona Hysolli, directora de ciencias biológicas de Colossal Biosciences, con sede en Austin, Texas. “Además, vemos ese oleoducto como un representante de la conservación, dado que los elefantes están en peligro de extinción y gran parte de este trabajo los beneficia directamente”.
También hay mucho trabajo por hacer con las especies en peligro de extinción.
En peligro crítico, el elefante africano del bosque ha disminuido en casi un 90% en las últimas tres décadas, según Colossal. La caza furtiva se llevó a más de 100.000 elefantes africanos solo entre 2010 y 2012, según la empresa.
“Podríamos perder estas especies de elefantes en nuestra vida si su número continúa disminuyendo”, dijo Hysolli.
Los humanos causaron la extinción de muchas especies, pero los biólogos computacionales ahora están tratando de recuperarlos con CRISPR y otras tecnologías de edición de genes, avances en IA y herramientas y tecnología bioinformática, como el Ladrillos NVIDIA Paquete de software program para análisis genómico.
Para recuperar un mamut lanudo, los científicos de Colossal comienzan con la secuenciación del genoma de mamuts y elefantes e identifican qué los hace similares y diferentes. Luego, utilizan células de elefante asiático para diseñar cambios gigantescos responsables de los rasgos de adaptación al frío, transfiriendo los núcleos de las células editadas a óvulos enucleados de elefante antes de implantarlos en un sustituto de elefante asiático sano.
Los avances tecnológicos impulsan saltos en la genómica
Tomó un enorme esfuerzo durante dos décadas, sin mencionar los $ 3 mil millones en fondos, para secuenciar primero el genoma humano. Pero eso ahora se ha reducido a meras horas y menos de $200 por genoma completo, gracias al impacto transformador de la IA y la computación acelerada.
Es una historia bien conocida por el cofundador de Colossal, Church. El profesor de la Escuela de Medicina de Harvard y cofundador de aproximadamente 50 nuevas empresas de biotecnología ha estado a la vanguardia de la investigación genética durante décadas.
“Ha habido una reducción de 20 millones de veces en el precio y una mejora comparable en la calidad en poco más de una década, o una década y media”, dijo Church en una entrevista reciente en el podcast TWiT.
Investigación para completar el rompecabezas del genoma de referencia
El trabajo de Colossal para construir un genoma de referencia del mamut lanudo es comparable a tratar de completar un rompecabezas.
Las secuencias de ADN de muestras óseas se ensamblan in silico. Pero la degradación del ADN con el tiempo significa que no todas las piezas están ahí. Los huecos a llenar pueden guiarse con el genoma de un elefante asiático, el pariente vivo más cercano del mamut.
Una vez que se configura una secuencia representativa aproximada del genoma, se lleva a cabo un análisis secundario, que es donde entra en juego la aceleración de GPU con Parabricks.
El conjunto de herramientas bioinformáticas en Parabricks puede proporcionar una aceleración de más de 100 veces la de las herramientas estándar de la industria utilizadas para la alineación y la llamada de variantes. En el paso de alineación, los fragmentos cortos, o lecturas, de la muestra secuenciada se alinean en el orden correcto, utilizando el genoma de referencia, que en este caso es el genoma del elefante asiático. Luego, en el paso de llamada de variantes, las herramientas de Parabricks identifican las variantes, o diferencias, entre las muestras de mamut del genoma completo secuenciadas y la referencia del elefante asiático.
En septiembre, Colossal Biosciences lanzó Type Bio, que ofrece una innovadora plataforma computacional de ciencias de la vida, para ayudar en sus esfuerzos y comercializar innovaciones científicas. Formulario Biografía es miembro de Inicio de NVIDIAun programa que brinda a las empresas soporte tecnológico y orientación sobre plataformas de IA.
Parabricks incluye algunas de las mismas herramientas que las de código abierto que usaba Type Bio, por lo que es fácil reemplazarlas con versiones aceleradas por NVIDIA GPU de esas herramientas, dijo Brandi Cantarel, vicepresidente de bioinformática en Type Bio.
En comparación con el software program de código abierto en CPU, Parabricks que se ejecuta en GPU permite que Colossal full su análisis de secuencia de extremo a extremo 12 veces más rápido y a una cuarta parte del costo, lo que acelera la investigación.
“Estamos obteniendo resultados muy comparables o exactamente los mismos, y fue más rápido y más barato”, dijo Cantarel.
Análisis dirigido a la tolerancia al frío para el mamut lanudo
Hay mucho en juego en la secuenciación y el análisis.
La plataforma Type Bio alberga herramientas que pueden evaluar si los investigadores realizan las ediciones CRISPR correctas y ayudar en el análisis de si se editan las células.
“¿Podemos identificar cuáles son los objetivos que debemos perseguir, editar y diseñar? La respuesta es absolutamente sí, y nos hemos vuelto muy buenos seleccionando diferencias genéticas impactantes”, dijo Hysolli.
Otro issue a considerar es la contaminación humana de las muestras. Entonces, para cada muestra que los investigadores examinan, deben hacer un análisis contra las referencias de células humanas para descartar esos contaminantes.
Los científicos han recolectado múltiples especímenes de mamuts lanudos a lo largo de los años, y las mejores son muestras de dientes o huesos que se encuentran en el permafrost. “Nos beneficiamos del hecho de que los mamuts lanudos estaban bien conservados porque vivían en un ambiente ártico”, dijo Hysolli.
Un elefante asiático es 99,6% igual genéticamente a un mamut, según Ben Lamm, CEO y cofundador de Colossal.
“Solo estamos apuntando a unos 65 genes que representan la tolerancia al frío, los fenotipos centrales que estamos buscando”, dijo recientemente en el escenario de South by Southwest en Austin.
Beneficios para la Biodiversidad, la Conservación y la Humanidad
Colossal tiene como objetivo crear genomas de referencia para especies, como el mamut, que representan amplias muestras de población. Están observando mamuts de diferentes regiones del mundo y períodos en el tiempo. Y es necesario analizar la biodiversidad y hacer más secuencias, según los investigadores de la empresa.
“A medida que perdemos biodiversidad, es importante recuperar o restaurar las especies y sus ecosistemas, lo que a su vez impacta positivamente en la ecología y apoya la conservación”, dijo Hysolli.
La genética de poblaciones es importante. Los investigadores deben comprender cuán diferentes y similares son estos animales entre sí para que en el futuro puedan crear poblaciones prósperas, dijo.
Eso asegura mejores posibilidades de supervivencia. “Tenemos que asegurarnos de que eso es lo que hace que una población próspera cuando se reconstruye”, dijo Hysolli, refiriéndose a cuando el equipo introduce la especie de nuevo en un hábitat ártico.
También se descubrió que los elefantes son más resistentes al cáncer, por lo que los investigadores están analizando los factores genéticos y cómo eso podría traducirse para los humanos.
“Este trabajo no solo beneficia los esfuerzos de eliminación de extinción y conservación de Colossal, sino que estas tecnologías que construimos pueden aplicarse para mejorar la salud humana y tratar enfermedades”, dijo Hysolli.
Aprender más acerca de Ladrillos NVIDIA para el análisis de secuenciación genómica acelerada.
