Què és GENIGMA? En què consisteix és el #GenigmaChallenge?

Genigma és un joc i alhora un experiment de ciència ciutadana.
El joc recluta a jugadors i jugadores perquè resolguin trencaclosques i ajudin a trobar l’ordre correcte de les seqüències genètiques en cèl·lules de càncer. Els diferents tipus de càncer presenten un gran nombre de mutacions i anomalies cromosòmiques que dificulten el seu estudi. A través del joc les persones jugadores ajuden a trobar l’ordre correcte de la seqüència reordenant petits blocs que representen fragments del genoma. Encara que de manera individual la resolució dels trencaclosques no aporta solucions definitives, és la suma de totes les aportacions que proporcionarà pistes importants sobre l’organització del genoma del càncer.
Genigma utilitza l’atractiu universal dels videojocs per a aconseguir que la gent participi en un experiment científic que pot beneficiar als equips de recerca de tot el món que treballen en aquesta línia cel·lular de càncer. El #GenigmaChallenge es va llançar a la fi de Gener 2022 amb la idea d’analitzar tot el genoma de les cèl·lules de càncer de mama T47D. Si l’experiment té èxit, l’equip científic té la intenció d’utilitzar aquesta eina per a investigar també altres tipus de càncer.

Per a què es va crear el joc?

Conèixer l’ordre correcte de la seqüència del genoma humà és essencial per a estudiar el càncer. No obstant això, molta de la recerca en càncer que es duu a terme a tot el món es basa en la utilització d’una seqüència del genoma humà de referència basada en individus sans. A causa de les mutacions i anomalies típiques del càncer, això és equivalent a moure’s per ciutats modernes utilitzant mapes del passat. Molts edificis no estan en el mateix lloc, nous han estat construïts, altres demolits o traslladats. Genigma es va crear per a trobar l’ordre correcte de la seqüència del genoma en els cultius cel·lulars de càncer que el seu utilitzen en el laboratori. L’objectiu és obtenir el mapa de referència d’aquest genoma, amb l’ajuda de la ciutadania. Disposar d’ell ajudaria els equips de recerca mundial a localitzar millor els gens d’interès terapèutic i els possibles llocs de mutació.

Si bé els mapes de referència del genoma poden crear-se mitjançant intel·ligència artificial (IA), l’entrenament d’aquesta eina requereix molt temps i recursos, i alhora és necessària una gran capacitat de càlcul. Un altre problema amb la IA és que dona lloc a una única solució potencial, i deixa poc espai per als matisos. En canvi, la hipòtesi en la qual se sustenta Genigma és que la «intel·ligència de ramat» que ofereixen les persones jugadores pot aportar solucions més creatives que la IA no és capaç d’oferir.

Com funciona el joc?

En Genigma. jugadors i jugadores mouen peces: cadascuna d’aquestes peces representa un fragment del genoma. Al joc les peces estan col·locades al llarg d’una línia (el filament d’un cromosoma). L’objectiu de cada partida és intentar aconseguir la major puntuació possible. Com més alta sigui la puntuació, més a prop estem de trobar una regió Eureka!. Les persones jugadores poden intentar millorar la puntuació inicial oferta pel joc utilitzant els colors o números associats a cada peça. Aquestes indicacions ajuden a entendre en què mesura les peces estan ben col·locades en un lloc determinat.

Què és una regió Eureka!? Quina és la seva importància?

Quan les persones jugadores proporcionen una puntuació superior a la que ofereix el marcador inicial, aquesta regió es marca com Eureka!. Que sigui possible superar el rècord inicial està associat al fet que s’ha identificat una regió afectada per reordenaments cromosòmics si es compara amb les seqüències genòmiques de cèl·lules no canceroses. Una vegada que es tinguin identificades aquestes regions, serà possible estudiar-les en profunditat per a mapejar els gens allotjats en elles, localitzar aquells d’interès terapèutic i possibles llocs de mutació.

Com sap el joc que s’ha trobat una regió Eureka!?

L’equip de recerca ha fet un important treball previ per a determinar la puntuació inicial de cada trencaclosca. Aquest ha consistit a realitzar uns experiments amb aquestes cèl·lules en el laboratori, i gràcies a la tècnica del Hi-C ha estat possible obtenir dades de predicció de com les diferents regions del genoma estan interactuant entre si. Un dels principis biològics fonamentals en el qual es basa aquesta recerca en 3D del genoma és que com més gran és el nombre d’interaccions entre les regions genòmiques, més probable és que es trobin a prop. Per a la puntuació inicial, els investigadors han utilitzat les dades obtingudes en casos de cèl·lules humanes «sanes» (sense càncer) per a cada conjunt de peces dels puzles que apareixen en Genigma. Jugant i movent les peces el que es fa és estimar a cada moment la distància real entre les peces (fragments de genoma de cèl·lules de càncer) al llarg de la seqüència. El marcador el que fa és comparar aquest ordre amb l’ordre previst en cèl·lules sanes.

Què ocorre si aconsegueixo una puntuació «rècord»? Com sap el joc que és un «rècord»?

La puntuació rècord és la puntuació més alta proporcionada per totes les persones jugadores que han jugat amb el mateix conjunt de peces, és a dir per a aquesta partida individual en particular. El joc ho sap perquè té accés a totes les puntuacions proporcionades per tots els jugadors (de manera anònima) per a aquesta partida. Quan una persona jugadora aconsegueixi un nou rècord absolut, aquest rècord es transmet a les partides de tots els altres jugadors del món. Quan s’aconsegueix un consens d’almenys 40 jugadors sobre aquest rècord, es considera que aquesta partida individual està resolta i es retira aquest trencaclosca concret.

No puc aconseguir un rècord. Continuo sent útil igualant la puntuació de referència?

Sí. No totes les regions del genoma de les cèl·lules canceroses estan afectades per reordenaments! El que s’espera és que a les regions de la seqüència on no hi ha reordenaments, l’ordre dels fragments corresponents a la configuració amb la màxima puntuació sigui el mateix que en el genoma de referència d’una cèl·lula sana. En aquest cas, s’utilitza el mateix criteri de consens que per a les regions Eureka!. Si 40 persones no poden superar el rècord d’aquest conjunt de peces, la regió analitzada també es marcarà com a resolta. És a dir, aquest resultat indicaria que aquesta regió específica pot no estar afectada per reordenaments cromosòmics.

Quantes configuracions d’ADN podem explorar amb el joc?

Depèn de la dificultat del nivell en el qual estiguem jugant. De fet, el joc pot oferir puzles de diferents peces. Posem un exemple amb 3 nivells: 8 peces, 16 peces, 35 peces. Quantes més partides jugui una persona, més ràpid passarà d’un nivell a un altre i podrà jugar trencaclosques més complicats.
En un nivell fàcil, els jugadors hauran de reordenar 8 fragments d’ADN, que corresponen a 4 x 10 ^ 4 configuracions possibles; en el nivell intermedi, hauran d’ordenar 16 fragments, que corresponen a 2 x 10 ^ 13 configuracions; en el tercer, o en el nivell difícil, hauran de reordenar 35 fragments, que corresponen a unes 10 ^ 40 configuracions. El nombre de configuracions que podem explorar creix ràpidament a mesura que augmenta el nombre de fragments: per aquest motiu és necessari adoptar una estratègia que permeti una cerca eficient de la millor solució, i és justament així que les persones que juguen contribueixen a Genigma. L’optimització humana, basada en les eines virtuals que s’ofereixen en el joc, és la clau per a aconseguir-lo.