¿Qué es GENIGMA? ¿En qué consiste es el #GenigmaChallenge?

Genigma es un juego y a la vez un experimento de ciencia ciudadana.
El juego recluta a jugadores y jugadoras para que resuelvan rompecabezas y ayuden a encontrar el orden correcto de las secuencias genéticas en células de cáncer. Los diferentes tipos de cáncer presentan un gran número de mutaciones y anomalías cromosómicas que dificultan su estudio. A través del juego las personas jugadoras ayudan a encontrar el orden correcto de la secuencia reordenando pequeños bloques que representan fragmentos del genoma. Aunque de forma individual la resolución de los rompecabezas no aporta soluciones definitivas, es la suma de todas las aportaciones que va a proporcionar pistas importantes sobre la organización del genoma del cáncer.
Genigma utiliza el atractivo universal de los videojuegos para conseguir que la gente participe en un experiment científico que puede beneficiar a los equipos de investigación de todo el mundo que trabajan en esta línea celular de cáncer de mama. El #GenigmaChallenge se lanzó a finales de Enero 2022 con la idea de analizar todo el genoma de las células de cáncer de mama T47D. Si el experimento tiene éxito, el equipo científico tiene la intención de utilizar esta herramienta para investigar también otros tipos de cáncer.

¿Para qué se creó el juego?

Conocer el orden correcto de la secuencia del genoma humano es esencial para estudiar el cáncer. Sin embargo, mucha de la investigación en cáncer que se lleva a cabo en todo el mundo se basa en la utilización de una secuencia del genoma humano de referencia basada en individuos sanos. Debido a las mutaciones y anomalías típicas del cáncer, esto es equivalente a moverse por ciudades modernas utilizando mapas del pasado. Muchos edificios no están en el mismo lugar, nuevos han sido construidos, otros demolidos o trasladados. Genigma se creó para encontrar el orden correcto de la secuencia del genoma en los cultivos celulares de cáncer que su utilizan en el laboratorio. El objetivo es obtener el mapa de referencia de este genoma, con la ayuda de la ciudadanía. Disponer de él ayudaría a los equipos de investigación mundial a localizar mejor los genes de interés terapéutico y los posibles lugares de mutación.

Los mapas de referencia del genoma pueden crearse mediante inteligencia artificial (IA), pero el entrenamiento de esta herramienta requiere mucho tiempo y recursos, y a la vez es necesaria una gran capacidad de cálculo. Otro problema con la IA es que da lugar a una única solución potencial, y deja poco espacio para los matices. En cambio, la hipótesi en la que se sustenta Genigma es que la «inteligencia de rebaño» que ofrecen las personas jugadoras puede aportar soluciones más creativas que la IA no es capaz de ofrecer.

¿Cómo funciona el juego?

En Genigma. jugadores y jugadoras mueven las piezas: cada una de estas piezas representa un fragmento del genoma, que nel juego está representado a lo largo de una línea (el filamento de un cromosoma). El objetivo de cada partida es intentar conseguir la mayor puntuación posible. Cuanto mayor sea la puntuación, más cerca estamos de encontrar una región Eureka!. Las personas jugadoras pueden intentar mejorar la puntuación inicial ofrecida por el juego utilizando los colores o números asociados a cada pieza. Estas indicaciones ayudan a entender en que medida las piezas están bien colocadas en un lugar determinado.

¿Qué es una región Eureka!? ¿Cúal es su importancia?

Cuando las personas jugadoras proporcionan una puntuación superior a la que ofrece el marcador inicial, esta región se marca como Eureka!. El hecho de que sea posible superar el récord inicial está asociado a que se ha identificado una región afectada por reordenamientos cromosómicos si se compara con las secuencias genómicas de células no cancerosas. Una vez que se tengan identificadas estas regiones, será posible estudiarlas en profundidad para mapear los genes alojados en ellas, localizar los genes de interés terapéutico y posibles lugares de mutación.

¿Cómo sabe el juego que se he encontrado una región Eureka?

El equipo de investigación ha hecho un importante trabajo previo para determinar la puntuación inicial de cada puzle. Este ha consistido en realizar unos experimentos con estas células en el laboratorio, y gracias a la técnica del Hi-C ha sido posible obtener datos de predición de como las diferentes regiones del genoma estan interactuando entre sí. Uno de los principios biológicos fundamentales en el que se basa esta investigación en 3D del genoma es que cuanto mayor es el número de interacciones entre las regiones genómicas, más probable es que se encuentren cerca. Para la puntuación inicial, los investigadores han utilizado los datos obtenidos en casos de células humanas «sanas» (sin cáncer) para cada conjunto de piezas de los puzles que aparecen en Genigma. Jugando y moviendo las piezas lo que se hace es estimar en cada momento la distancia real entre las piezas (fragmentos de genoma de células de cáncer) a lo largo de la secuencia. El marcador lo que hace es comparar este orden con el orden previsto en células sanas.

¿Qué ocurre si alcanzo una puntuación «récord»? ¿Cómo sabe el juego que es un «récord»?

La puntuación récord es la puntuación más alta proporcionada por todas las personas jugadoras que han jugado con el mismo conjunto de piezas, o sea para esta partida individual en particular. El juego lo sabe porque tiene acceso a todas las puntuaciones proporcionadas por todos los jugadores (de forma anónima) para esa partida. Cuando una persona jugadora alcance un nuevo récord absoluto, este récord se transmite a las partidas de todos los demás jugadores del mundo. Cuando se alcanza un consenso de al menos 40 jugadores sobre ese récord, se considera que esta partida individual está resuelta y se retira este rompecabeza concreto.

No puedo conseguir un récord. ¿Sigo siendo útil igualando la puntuación de referencia?

Sí. ¡No todas las regiones del genoma de las células cancerosas están afectadas por reordenamientos! Lo que se espera es que en las regiones de la secuencia donde no hay reordenamientos, el orden de los fragmentos correspondientes a la configuración con la máxima puntuación sea el mismo que en el genoma de referencia de una célula sana. En este caso, se utiliza el mismo criterio de consenso que para las regiones Eureka!. Si 40 personas no pueden superar el récord de este conjunto de piezas, la región analizada también se marcará como resuelta. O sea, este resultado indicaría que esta región específica puede no estar afectada por reordenamientos cromosómicos.

¿Cuántas configuraciones de ADN podemos explorar con el juego?

Depende de la dificultad del nivel en el que estemos jugando. De hecho, el juego puede ofrecer puzles de diferentes tamaños. Pongamos un ejemplo con 3 tamaños: 8 piezas, 16 piezas, 35 piezas. Cuantas más partidas juegue una persona, más rápido pasará de un nivel a otro y podrá jugar puzles más complicados.
En un nivel fácil, los jugadores tendrán que reordenar 8 fragmentos de ADN, que corresponden a 4 * 10 ^ 4 configuraciones posibles; en el nivel intermedio, tendrán que ordenar 16 fragmentos, que corresponden a 2 * 10 ^ 13 configuraciones; en el tercero, o en el nivel difícil, tendrán que reordenar 35 fragmentos, que corresponden a unas 10 ^ 40 configuraciones. El número de configuraciones que podemos explorar crece rápidamente a medida que aumenta el número de fragmentos: por este motivo es necesario adoptar una estrategia que permita una búsqueda eficiente de la mejor solución, y es justamente así que las personas que juegan contribuyen a Genigma. La optimización humana, basada en las herramientas virtuales que se ofrecen en el juego, es la clave para conseguirlo.