AI prześwietliła cały ludzki genom. DeepMind udostępnia AlphaGenome Atlas
Przetestowanie w laboratorium każdej możliwej zmiany w ludzkim kodzie genetycznym zajęłoby stulecia. Google DeepMind postanowiło skrócić ten czas niemal do zera, tworząc cyfrową mapę wszystkich 9 miliardów wariantów pojedynczej litery DNA.
Nowe narzędzie – AlphaGenome Atlas – ma pomóc naukowcom rozwikłać zagadki rzadkich chorób genetycznych i zrozumieć procesy, które do tej pory wymykały się analizie laboratoryjnej.
AI wchodzi w ludzkie DNA. Evo 2 rozszyfruje tajemnice najbardziej skomplikowanych genomów
1 petabajt danych: baza 30 razy większa od AlphaFold
Kiedy w 2022 roku DeepMind udostępnił bazę AlphaFold z przewidywaniami struktur ponad 200 milionów białek, zrewolucjonizowało to biologię molekularną. AlphaGenome Atlas idzie o krok dalej pod względem skali. Zbiór danych ma objętość aż 1 petabajta, co czyni go ponad trzydziestokrotnie większym od dotychczasowych katalogów proteinowych Google.
Zamiast zmuszać badaczy do kosztownego trenowania własnych modeli od podstaw, inżynierowie przeliczyli z góry wpływ każdej możliwej mutacji punktowej w ludzkim genomie. Wyniki zebrano w bezpłatnym portalu internetowym, który pozwala błyskawicznie sprawdzić, jak konkretna zmiana pojedynczego nukleotydu wpłynie na procesy komórkowe w setkach różnych tkanek człowieka i myszy.
Klucz do 98% „ciemnej materii” genomu
Większość dotychczasowych analiz genetycznych skupiała się na 2% ludzkiego DNA – rejonach kodujących białka. Pozostałe 98%, przez lata ignorowane i określane potocznie mianem „śmieciowego DNA”, w rzeczywistości pełni kluczową rolę regulatorową. To tam ukrywa się większość wariantów decydujących o ryzyku zachorowania na złożone schorzenia.
Aby ułatwić pracę biologom, DeepMind zintegrował predykcje w jeden wskaźnik: AVI score (AlphaGenome Variant Impact). Łączy on wnioski z modelu AlphaGenome (badającego regulację genów w częściach niekodujących) oraz AlphaMissense (analizującego warianty w rejonach białkowych). W efekcie badacz otrzymuje prostą ocenę liczbową, która wskazuje, czy dana mutacja jest nieszkodliwa, czy potencjalnie destrukcyjna dla organizmu, wraz z wyjaśnieniem konkretnego mechanizmu molekularnego.
Pierwsze testy: diagnoza padaczki i analiza 54 tysięcy genomów
System przeszedł już weryfikację w realnych warunkach klinicznych. Zespół naukowców z Broad Institute wykorzystał wskaźnik AVI do analizy nierozwiązanych dotąd przypadków rzadkich chorób. Udało się zidentyfikować przeoczoną wcześniej mutację w genie DNM1, wywołującą ciężką encefalopatię padaczkową. Model trafnie przewidział, że wariant ten tworzy błędne miejsce splicingu, prowadząc do powstania niefunkcjonalnego białka.
Z kolei badacze z University of Exeter sprawdzili przydatność bazy na danych ponad 54 tysięcy uczestników projektu UK Biobank. Skupienie się na wariantach wyselekcjonowanych przez model pozwoliło odkryć o 22% więcej zależności genetycznych w niekodujących rejonach DNA, które dotąd ginęły w statystycznym szumie. Przełożyło się to m.in. na wskazanie 19 nowych rejonów powiązanych ze wskaźnikiem masy ciała (BMI) oraz mutacji regulujących poziom kluczowych białek odpowiedzialnych za starzenie.
Dostęp do AlphaGenome Atlas jest od dziś bezpłatny dla środowiska akademickiego i projektów niekomercyjnych za pośrednictwem dedykowanego portalu oraz API. Wersja komercyjna ma wkrótce trafić do oferty Google Cloud.
