Po desetiletí se vědci pokoušeli porozumět rozsáhlým úsekům nekódující DNA v našich genomech, často nazývané „junk DNA“, protože se přímo nepodílí na syntéze proteinů. Nyní Google DeepMind odhalil AlphaGenome, nový model umělé inteligence navržený tak, aby předpovídal dopad tohoto záhadného genetického materiálu na zdraví a nemoci. To představuje významný skok vpřed v genomice a potenciálně otevírá pochopení toho, jak mutace ovlivňují genovou expresi.
Skrytý jazyk genomu
Lidský genom je z drtivé většiny složen z nekódující DNA: více než 98 % tvoří DNA, která není přeložena do proteinů. Tato „temná hmota“ však reguluje genovou aktivitu a určuje, zda buňky fungují normálně nebo onemocní. Problémem bylo vždy předvídat jak tyto nekódující oblasti fungují – až dosud.
AlphaGenome analyzuje sekvence DNA dlouhé až jeden milion párů bází a hodnotí, jak mutace mění genovou expresi. To je zásadní krok, protože genetická onemocnění často vznikají ze změn v těchto nekódujících oblastech, nejen v genech kódujících protein. Tvůrci modelu jej dali volně k dispozici vědecké komunitě.
Založeno na AI Advances
AlphaGenome staví na předchozích průlomech DeepMind v biologii řízené umělou inteligencí. Nejprve přišel AlphaFold, který přesně předpovídá proteinové struktury z aminokyselinových sekvencí, což svým vývojářům vyneslo Nobelovu cenu za chemii za rok 2024. Následoval AlphaMissense, který se zaměřil na mutace v genech kódujících protein. AlphaGenome rozšiřuje tuto schopnost na obrovské nekódovací prostory a řeší dříve neřešitelný problém.
„Představte si, že máte obrovskou knihu o třech miliardách postav a v té knize se něco pokazilo,“ vysvětluje Pushmeet Kohli, viceprezident pro vědu ve společnosti DeepMind. “AlphaGenome může být použit k tomu, aby řekl: ‘Pokud změníte tato slova, jaký to bude mít efekt?'”
Jak AlphaGenome funguje
Model integruje data z různých zdrojů souvisejících s genovou expresí, identifikuje vzorce a předpovídá funkční důsledky změn DNA. Klíčovou inovací je jeho schopnost zpracovávat extrémně dlouhé sekvence DNA bez ztráty přesnosti – omezení předchozích nástrojů. To znamená, že výzkumníci mohou studovat celé regulační oblasti najednou, spíše než sbírat fragmentovaná data.
Potenciální aplikace
AlphaGenome ještě není připraven pro klinické použití. Jeho výzkumné možnosti jsou však obrovské:
– Pochopení nemocí: Identifikace mutací, které způsobují genetická onemocnění, včetně rakoviny.
– Genová terapie: Vývoj účinnějších léčebných postupů zaměřením na správné regulační oblasti.
– Výzkum genomu: Analýza toho, jak genomy regulují geny v různých buňkách a tkáních.
– Vzácná onemocnění: Pomáhá diagnostikovat vzácné genetické poruchy, kde základní mutace nejsou známy.
„Podle všech nejlepších odhadů se AlphaGenome posunula [oblast] dopředu,“ říká David Kelly z Calico Life Sciences.
Omezení a další kroky
AlphaGenome má omezení. Byl trénován pouze na lidských a myších genomech a nemusí odpovídat za účinky u jiných druhů. Model je také nedokonalý: může předpovídat absenci efektu, pokud nějaký existuje. Výzkumníci pracují na zlepšení prediktivní schopnosti a kvantifikaci nejistoty.
„Předpovědět, jak se nemoc z genomu projevuje, je extrémně obtížný úkol a tento model to nedokáže magicky předpovědět,“ říká Žiga Avsec, vedoucí výzkumu genomiky v DeepMind. “Ale AlphaGenome může zúžit možné mutace spojené s onemocněním, takže je užitečný pro upřednostňování výzkumu.”
AlphaGenome představuje postupný, ale skutečný pokrok. Nevyřeší záhady genomu přes noc, ale nabízí nový mocný nástroj pro odhalení složitosti životního plánu.
