Genome4Brussels: AI, genomica e malattie rare


G4BXL, GEMVAP, 2021 / Lunedì 31 maggio 2021

Nel 2019, la Fondazione 101 Genomi, laIstituto Interuniversitario di Bioinformatica di Bruxelles (IB2), ilCentro ULB di Genetica Umana (CHG) e ilGruppo ULB per l'apprendimento automatico (MLG) ha partecipato a un bando per progetti lanciato da Innoviris con il progetto "Genome4Brussels". Nell'ambito di questo progetto, hanno deciso di creare insieme un ecosistema che ottimizzerà lo sviluppo di strumenti bioinformatici per l'analisi del genoma e faciliterà il trasferimento dell'innovazione e delle conoscenze acquisite durante il progetto al pubblico.

Progetto

Genoma4Bruxelles. Genome4Brussels è un progetto congiunto che mira a creare un ecosistema nella regione di Bruxelles che combini :

  • condizioni ottimali per l'hosting e la condivisione di dati genomici guidati da rappresentanti dei pazienti (101 Genomes Foundation);
  • competenze mediche e genomiche (CHG-IB2) e ;
  • competenze in bioinformatica e intelligenza artificiale/IA (IB2-MLG).

Questo ecosistema permetterà la nascita di una piattaforma di ricerca dedicata allo sviluppo di strumenti bioinformatici sviluppati attraverso un'IA "trasparente" (White Box) per assistere medici e ricercatori nel campo delle malattie rare.

Nell'ambito del bando Innoviris: viene istituita una piattaforma di ricerca, vengono sviluppati due strumenti bioinformatici e vengono create le condizioni per il trasferimento di queste tecnologie al pubblico.

Partner

Fondazione 101 Genomi. Nel 2017, la 101 Genomes Foundation ha intrapreso una ricerca per trovare supereroi genomici i cui geni li proteggono dagli effetti di alcune malattie rare. Per portare avanti questa ricerca, la 101 Genomes Foundation sta iniziando a sviluppare un database da cui gli scienziati possono esplorare il genoma umano alla ricerca di geni protettivi (o aggravanti) che spieghino la variabilità delle malattie rare. Una simile scoperta consentirebbe di migliorare le diagnosi e di creare nuovi trattamenti che riproducano gli effetti protettivi (o limitino quelli aggravanti) identificati. Il progetto pilota della 101 Genome Foundation è dedicato alla sindrome di Marfan. Questo progetto pilota è sostenuto da diverse organizzazioni europee di pazienti ed è guidato da scienziati di spicco.

IB2-CHG. L'Istituto Interuniversitario di Bioinformatica di Bruxelles (IB2) e ilCentro ULB di Genetica Umana (CHG) si dedicano congiuntamente allo studio delle malattie rare. La loro missione comune è migliorare la qualità diagnostica dei test genetici, al fine di migliorare il follow-up clinico, il trattamento e la consulenza terapeutica. Le loro aree di ricerca rientrano in questo obiettivo generale e consistono nell'identificare l'origine genetica di malattie rare che non sono ancora sufficientemente conosciute. IB2 e CHG stanno sviluppando strumenti bioinformatici per esplorare e analizzare i dati genomici dei pazienti in modo innovativo e migliorare così la qualità dei test genetici/genomici.

IB2-MLG. L'Gruppo ULB per l'apprendimento automatico (MLG) è specializzata in informatica, intelligenza artificiale, bioinformatica, biologia computazionale, genetica, biologia molecolare e medicina. Nel contesto medico, IB2 e MLG utilizzano metodi associati a punteggi statistici che creano un modello "White-Box" trasparente che fornisce spiegazioni sulle decisioni prese dagli strumenti bioinformatici che sviluppano con l'IA. È infatti impensabile accontentarsi di un approccio AI di base (che fornisce risultati senza una spiegazione "Black-Box") nel contesto dello sviluppo di strumenti bioinformatici destinati ad assistere i medici.

Fair Genomics (FairGX). Nel corso della procedura, Innoviris ha chiesto al consorzio di costituire il Genomica equa per accompagnare il progetto e, in tal modo, consentire il trasferimento ai cittadini delle tecnologie e delle innovazioni sviluppate attraverso Genome4Brussels. Genomica equa è interamente posseduta e controllata dalla 101 Genomes Foundation. 

Ecosistema. I partner intendono creare un circolo virtuoso per alimentare e finanziare la ricerca e far progredire la scienza.

Ricerca sulla sindrome di Marfan finanziata dal 2020 al 2023

Innoviris. Il progetto 'Genome4BrusselsIl "Progetto pilota sulla sindrome di Marfan" è stato accettato da Innoviris alla fine del 2020. Innoviris finanzierà una parte del progetto che consentirà ai team IB2, CHG e MLG di lavorare per tre anni (2020-2023) al progetto pilota sulla sindrome di Marfan.

 


 

Nel maggio 2021, Innoviris ha pubblicato un articolo su Genome4Brussels che può essere consultato seguendo questo link: https://innoviris.brussels/fr/stories/ludivine-verboogen-et-romain-alderweireldt
L'articolo è riprodotto anche qui:

Ludivine Verboogen e Romain Alderweireldt

Esiste un paradosso nella ricerca sulle malattie rare. I finanziamenti per le malattie rare sono ancora problematici. Ma allo stesso tempo, la ricerca sulle malattie rare ha portato a progressi significativi in altre malattie più comuni. Il valore aggiunto di questa ricerca va ben oltre le malattie rare. Se analizziamo le cose in modo molto freddo, possiamo dire che stiamo perdendo enormi economie di scala finanziando poco o male la ricerca sulle malattie rare." . 

A Romain Alderweireldt e Ludivine Verboogen bastano poche parole per spiegare il significato e l'importanza per la società del loro impegno congiunto nella 101 Genomes Foundation. La loro ambizione? Fornire agli scienziati una piattaforma bioinformatica per avanzare nel campo della ricerca genomica, una delle chiavi per comprendere meglio le malattie rare.

Le bizzarrie della vita creano un meraviglioso impulso per il bene pubblico

La storia della fondazione inizia il 3 settembre 2015 con la nascita di Aurélien, figlio di Ludivine e Romain.

Alla gioia dei primi giorni seguì presto la preoccupazione: i medici sospettavano la sindrome di Marfan, una malattia rara che può colpire gravemente il tessuto connettivo, con conseguenze anche cardiache.

Il 4 agosto 2016, 11 mesi dopo, un'analisi genetica ha confermato la brutta notizia: Aurélien è portatore di una mutazione spontanea del FBN1. Ha una forma grave di sindrome di Marfan.

Una diagnosi tardiva e strumenti da inventare

Si tratta di una variante spontanea e rara della sindrome di Marfan. Questo ha avuto un ruolo nel ritardo di 11 mesi nella diagnosi: il centro di riferimento richiesto dal genetista che seguiva Aurelien per effettuare l'analisi genetica utilizzava ancora tecniche di analisi gene per gene, mentre esistevano tecniche di analisi genomica. ", spiega Ludivine. " Ed è stato durante le numerose discussioni con questo genetista, il professor Guillaume Smits, che ci siamo resi conto che la clinica non disponeva degli strumenti fisici e bioinformatici per trarre vantaggio dai progressi della ricerca genomica, sia in termini di diagnosi che di sviluppo di nuovi trattamenti.dice Romain.

Sei anni dopo, è possibile sequenziare l'intero genoma umano e identificare le mutazioni in tutti i nostri geni a un costo sempre più accessibile. Ma il costo iniziale delle macchine è ancora molto elevato e il sequenziamento del genoma non è ancora diventato una routine nella ricerca o nella pratica clinica. Un genoma sequenziato genera un volume di dati così grande che è assolutamente impossibile elaborarlo manualmente: un genoma corrisponde a quasi 300 gigabyte di dati! Per ottenere qualcosa sono necessari strumenti algoritmici, intelligenza artificiale e un team altamente specializzato. Questo tandem tra ICT e ricerca biologica ha un nome: bioinformatica. "

Trasformare il disordine in energia positiva

Per questa coppia di avvocati, la consapevolezza di dover investire nella genomica e nella bioinformatica è stato un fattore scatenante. Ludivine e Romain hanno trasformato la loro confusione in energia positiva con un obiettivo: far progredire la ricerca e la clinica e contribuire alla nascita di trattamenti che possano aiutare Aurélien e altri bambini affetti da malattie rare.

Alla ricerca del gene protettivo

Romain ha iniziato a divorare studi scientifici. È così che si è imbattuto nella rianalisi del Progetto Resilient di quasi 600.000 esomi (la parte codificante del genoma). Molte malattie rare, tra cui la sindrome di Marfan, sono causate da mutazioni patogene, o se si preferisce "anomalie", nei genispiega Ludivine.

Analizzando nuovamente i dati a sua disposizione, lo studio ha identificato 13 adulti portatori di un difetto genetico che avrebbe dovuto renderli molto malati o addirittura ucciderli da bambini. Tuttavia, queste 13 persone avevano raggiunto l'età adulta "Romain continua. " Perché? La presenza di altri geni con un effetto protettivo che contrasta la malattia potrebbe essere una spiegazione. Lo studio del genoma di queste persone potrebbe quindi essere la chiave per comprendere meglio questo meccanismo protettivo. Questa comprensione potrebbe portare allo sviluppo di farmaci o nuovi trattamenti, ad esempio basati sulle proteine prodotte da questi geni. "

Ludivine: " Romain ha quindi deciso di replicare questo approccio nel contesto specifico della sindrome di Marfan. Ed è successa una cosa incredibile: è riuscito a trovare, nel database genomico globale di riferimento (gnomAD), portatori di mutazioni patogene che avrebbero dovuto avere una forma grave di sindrome di Marfan e apparentemente non l'avevano. Ci è parso chiaro che se si potesse identificare un gene protettivo, i suoi effetti potrebbero essere replicati per sviluppare un trattamento. "

La Fondazione 101 Genomi e il suo progetto pilota

Nel 2017 è stata creata la Fondazione 101 Genomi su iniziativa di Ludivine e Romain.

L'obiettivo? Sviluppare una piattaforma bioinformatica per ospitare dati genomici e incrociarli con le cartelle cliniche di pazienti affetti da malattie rare e di volontari "di controllo" per comprendere meglio le interazioni tra i geni all'interno del genoma.

Ben presto è stato lanciato un progetto pilota: il progetto 101 Marfan Genomes, che prevedeva la creazione di una coorte di 101 pazienti affetti da sindrome di Marfan come base per il lavoro di ricerca. Ben presto fu chiaro che 101 Genomes sarebbe stato solo un inizio e che avevano un bisogno cruciale di circondarsi di scienziati competenti.

Il comitato scientifico alla guida della Fondazione è composto da leader mondiali nel campo della genomica, della sindrome di Marfan e degli algoritmi, tra cui diversi belgi. Questi esperti scientifici ammirano il lavoro svolto da Ludivine e Romain, che considerano un esempio senza precedenti di partecipazione dei pazienti alla ricerca scientifica.

Il lavoro si è concentrato sulla creazione di una coorte di pazienti portatori della stessa mutazione per limitare i fattori confondenti (progetto GEMS) e, parallelamente, sulla creazione di un algoritmo progettato per confermare (o confutare) la natura patogena delle mutazioni nel gene FBN1. Su questa base, speriamo di esplorare l'intero genoma per identificare i geni modificatori (protettivi o aggravanti) della sindrome di Marfan. I primi risultati sono promettenti ", dice Romain. " E l'intervento di Innoviris ha contribuito a dare un impulso a questo lavoro. "

GENOME4BRUSSELS, un ecosistema all'incrocio di 3 discipline

Perché l'invito a presentare progetti di Innoviris "Dalla medicina terapeutica alla medicina predittiva: previsione, prevenzione, identificazione" è stato accolto con 5/5 da Romain, Ludivine e dalla Fondazione.

Aiko Gryspeirt, consulente scientifico di Innoviris: " Si presta ancora troppa poca attenzione alle malattie rare. Di conseguenza, mancano anche i fondi per la ricerca, sia per la ricerca specifica che per il trattamento della malattia. Spesso i pazienti passano mesi e anni da uno specialista all'altro prima di ottenere una diagnosi. Con GENOME4BRUSSELS, Ludivine e Romain hanno lanciato una fantastica iniziativa per facilitare la comprensione delle malattie rare, raccogliendo dati genetici e condividendoli con ricercatori medici e bioinformatici di Bruxelles. Si tratta di un progetto prezioso che può avere un impatto significativo sulla vita delle persone affette da una malattia rara. "

"GENOME4BRUSSELS è un progetto finanziato da Innoviris in cui sono coinvolti la Fondazione, l'Istituto Interuniversitario di Bioinformatica di Bruxelles, il Centro di Genetica Umana e il Machine Learning Group, tutti e tre presso l'ULB. L'obiettivo è creare a Bruxelles un ecosistema dedicato alle competenze mediche, genomiche e bioinformatiche. Questo sostegno ha permesso di portare avanti il nostro progetto pilota e di combinare le nostre competenze per identificare i geni protettivi. che aprirà la strada per aiutare meglio i pazienti".,
conclude Romain.

 

 

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