Il videogioco Genigma è disponibile gratuitamente su App Store e Google Play in inglese, spagnolo, catalano e italiano, è il risultato di un progetto della durata di due anni e mezzo di citizen science (in italiano scienza dei cittadini, indica quel complesso di attività collegate ad una ricerca scientifica a cui partecipano semplici cittadini dilettanti), è stato sviluppato da un team di ricercatori del Center for Genomic Regulation (CRG), il Centro Nacional de Análisis Genómico (CNAG-CRG) e professionisti del gioco.
Linee cellulari cancerose
Genigma è stato creato per potenziare gli sforzi di ricerca a livello mondiale che dipendono dalle linee cellulari tumorali, una risorsa fondamentale utilizzata dagli scienziati per studiare il cancro e testare nuovi farmaci per curare la malattia, ma uno dei limiti delle linee cellulari cancerose è la mancanza di mappe di riferimento del genoma ad alta risoluzione, necessarie per aiutare i ricercatori a interpretare i loro risultati scientifici, ad esempio individuando la posizione di geni di interesse terapeutico o potenziali siti di mutazione.
Marc A. Marti-Renom del Centro Nacional de Análisis Genómico e Center for Genomic Regulation di Barcellona, responsabile del progetto Genigma, spiega:
«Le linee cellulari sono responsabili della scoperta di vaccini, chemioterapie per il cancro o fecondazione in vitro per l’infertilità, questo le rende un pilastro della biologia moderna. Tuttavia, la mancanza di mappe di riferimento del genoma limita l’attuale progresso scientifico. È come chiedere alle persone di navigare nelle città moderne utilizzando mappe del passato. Ora con l’aiuto di altre persone, possiamo aggiornare queste mappe, il che ci consentirà di fare rapidi progressi di ricerca sul cancro al seno».
Intelligenza del branco per aggiornare le mappe
Il gruppo di ricerca di Marc A. Marti-Renom ha sviluppato metodi per creare mappe di riferimento genomiche visualizzando il genoma nello spazio tridimensionale. Tuttavia, ciò richiede tempo e risorse significative per addestrare l’intelligenza artificiale, oltre a un’enorme potenza di calcolo.
I ricercatori hanno lanciato Genigma perché ritengono che i dati generati dai partecipanti al gioco, potrebbero essere un metodo più efficace per aggiornare le mappe di riferimento rispetto al solo utilizzo dell’intelligenza artificiale. Praticamente la cosiddetta “intelligenza del branco” dei giocatori può fornire anche soluzioni creative in modi che l’intelligenza artificiale potrebbe non essere in grado di fornire.
I partecipanti per giocare a Genigma, devono risolvere un puzzle che coinvolge una serie di blocchi di diversi colori e forme. Ogni stringa rappresenta una sequenza genetica nella linea cellulare del cancro e il modo in cui i giocatori organizzano i blocchi è una potenziale soluzione per la posizione dei geni.
I giocatori devono riorganizzare i blocchi in modo da ottenere il punteggio più alto possibile. Maggiore è il numero di giocatori e i punteggi più alti, maggiore è la probabilità che i ricercatori trovino la sequenza corretta per questa particolare posizione nella mappa di riferimento.
Elisabetta Broglio biologa e comunicatrice scientifica, si occupa di citizen science presso il Center for Genomic Regulation (CRG), ha affermato:
«Chiunque abbia uno smartphone da qualsiasi parte del mondo può scaricare Genigma gratuitamente e dare un contributo diretto alla ricerca, mettendo la propria logica e manualità al servizio della scienza. Genigma analizzerà le soluzioni fornite dai giocatori come collettività e non come individui, e si avvarrà di soluzioni creative impossibili da trovare con algoritmi deterministici».
Mappe genomiche precise
La prima mappa di riferimento del genoma che i ricercatori tenteranno di risolvere riguarda la linea cellulare di cancro al seno T-47D, una delle risorse più comunemente utilizzate nella ricerca sul cancro. Il team di ricerca di Genigma considerando 30.000 giocatori che risolvono in media 50 giochi ciascuno, stima che potrebbero generare dati sufficienti per rivelare la mappa di riferimento dei 20.000 geni in questa linea cellulare di cancro al seno.
L’obiettivo è costruire mappe genomiche precise delle cinque linee cellulari tumorali più comunemente utilizzate: T47D per il cancro al seno, TOV21G per il cancro dell’ovaio, U2OS per il cancro alle ossa, KBM7 per la leucemia e HeLa per il cancro del collo dell’utero.
Marc A. Marti-Renom ha detto:
«Conoscere la posizione esatta dei geni nelle linee cellulari del cancro aiuterà i ricercatori a interpretare i loro dati in modo più accurato, ad esempio, nella tecnologia CRISPR, conoscere le sequenze esatte fornirà informazioni preziose sui geni più appropriati da modificare».
Fondamentale per la progettazione di Genigma è stata la consapevolezza che l’occhio umano è più efficiente nell’identificare i modelli rispetto alle macchine e agli algoritmi informatici (che richiedono un addestramento scrupoloso).
Marc A. Marti-Renom ha detto:
«Gli algoritmi mentre faranno sempre gli stessi errori sistematici quando affrontano una stessa sfida, i diversi cervelli umani, a formare l’intelligenza del branco, avranno meno probabilità di fare gli stessi errori negli stessi posti. Tale valutazione ha fornito al team l’ideale opportunità per un’iniziativa di citizen science con il coinvolgimento dei cittadini».
Genigma è stato lanciato lo scorso 27 dicembre 2021, su Twitter con l’hashtag #GenigmaChallenge. Il lunedì di ogni settimana, per un periodo totale di tre mesi, il team Genigma introdurrà nuovi frammenti di genoma dalla linea cellulare T-47D. I primi frammenti del genoma che devono essere organizzati dai giocatori provengono dal cromosoma 17, che contiene un numero elevato di geni correlati al cancro al seno. Ciò include BRCA1, per il quale le mutazioni sono state associate a circa il 40% del cancro al seno ereditario.
Genigma è stato sviluppato in due anni e mezzo, coinvolgendo più di 500 persone in 13 gruppi di lavoro. Il gioco è stato concepito e testato da un gruppo eterogeneo di persone di diversa estrazione, inclusi ricercatori, studenti, insegnanti, artisti, professionisti medici, bioeticisti, giornalisti, rappresentanti di associazioni di pazienti, artisti e sviluppatori di giochi.
Oriol Ripoll, specialista in giochi, sviluppa progetti educativi ed esperienze di comunicazione, creativo di Jocs al segon e coordinatore del team di progettazione di Genigma, ha detto:
«La scienza spesso può sembrare inaccessibile per la maggior parte delle persone, motivo per cui è entusiasmante poter utilizzare il cellulare per giocare a Genigma, non solo puoi combinare il fascino universale e la popolarità dei videogiochi per contribuire al progresso della ricerca medica, imparerai anche di più sulla scienza».
Giocare a Genigma
I partecipanti devono risolvere un puzzle che coinvolge una stringa da 8 a 36 blocchi (che rappresentano frammenti di DNA) di diversi colori e forme. Ogni stringa indica una sequenza genetica nella linea cellulare del cancro e il modo in cui i giocatori organizzano individualmente i blocchi offre una potenziale soluzione alla loro posizione nelle mappe di riferimento.
Marc A. Marti-Renom ha detto:
«L’idea è che ogni giocatore dovrebbe seguire la propria logica, i giocatori sono assegnati a uno dei quattro “clan”, introducendo così un vantaggio competitivo nel gioco, motivandoli a giocare di più».
Il punteggio è definito come il punteggio più alto fornito dai giocatori per una data partita, e una volta che almeno 40 giocatori hanno raggiunto quel punteggio la singola partita è considerata risolta. Utilizzando il genoma umano come riferimento, il team di Genigma ha un’idea di quale dovrebbe essere il punteggio di ogni partita se si trattasse di una cellula sana.
Marc A. Marti-Renom in conclusione ha detto:
«Tutte le potenziali sequenze che sono state identificate possono quindi essere testate in laboratorio per determinare quale sia corretta, quindi, quando 40 giocatori risolvono un gioco e il punteggio è superiore al punteggio di riferimento per le cellule sane, viene contrassegnato come Eureka!».
I ricercatori possono quindi mappare i geni ospitati in queste regioni e studiarne le implicazioni nel cancro, aiutandoli a creare eventualmente nuove mappe di riferimento per le linee cellulari.