Google DeepMind prezanton AlphaGenome 2, modelin që parashikon si ndikojnë variantet e ADN-së në qeliza të veçanta

Google DeepMind njoftoi sot AlphaGenome 2, modelin e saj të gjeneratës së re të ADN-së, i cili parashikon se si sekuencat e ADN-së dhe variantet e tyre ndikojnë në lloje të veçanta qelizash njerëzore, për t’i ndihmuar shkencëtarët të zbulojnë shtytësit qelizorë të sëmundjeve. Sipas njoftimit të DeepMind, të pasqyruar edhe nga The Verge në të njëjtën orë, modeli synon të kapërcejë një nga sfidat kryesore të pazgjidhura të biologjisë: megjithëse çdo qelizë mbart të njëjtin plan të ADN-së, çdo lloj apo gjendje qelize — nga një qelizë muskulore e zemrës te një qelizë imune që lufton një infeksion — ndez ose fik gjene të ndryshme, dhe parashikimi se si ndryshimet e vogla në ADN ndikojnë në shprehjen e gjeneve në qeliza është një shtytës kyç i tipareve dhe sëmundjeve njerëzore.

Vitin e kaluar DeepMind prezantoi AlphaGenome, i cili parashikonte se si variantet e ADN-së ndikojnë në aktivitetin molekular në inde të gjera, dhe më pas AlphaGenome Atlas, me parashikime për të 9 miliardë ndryshimet e mundshme me një shkronjë në gjenomin njerëzor. AlphaGenome 2, siç shpjegon kompania, e ngushton fokusin nga mesataret e gjera të indeve te llojet dhe gjendjet individuale të qelizave dhe e ridizenjon arkitekturën: ai është një model i kushtëzuar, që merr si hyrje, në çdo fazë, një kusht të caktuar biologjik — indin, llojin e qelizës ose gjendjen e saj — krahas sekuencës së ADN-së. Si rezultat, ai identifikon gati dyfishin e varianteve që ndryshojnë shprehjen e gjeneve në qeliza, krahasuar me modelin e mëparshëm më të mirë të DeepMind.

Modeli u trajnua mbi të dhëna të grumbullta dhe me një qelizë të vetme nga mostra njerëzore dhe të miut, duke përfshirë më shumë se 107 milionë profile individuale qelizore nga 68 inde. Në grupin e të dhënave TenK10K, një hartë e madhe me një qelizë të vetme e 28 llojeve kryesore të qelizave imune, ai identifikoi në mënyrë të besueshme gati dyfishin e varianteve shkaktare — 30 për qind kundrejt 16 për qind — dhe të efekteve drejtuese të gjeneve — 43 për qind kundrejt 23 për qind — krahasuar me AlphaGenome origjinal të përshtatur për të dhëna me një qelizë të vetme dhe me mjete të tjera të specializuara.

AlphaGenome 2 riprodhoi edhe një zbulim të rëndësishëm: një variant në një çelës rregullator të largët nxit sëmundjen inflamatore të zorrëve (IBD) duke mbiaaktivizuar gjenin ETS2 në qelizat imune të zorrëve, makrofagët, duke veçuar variantin shkaktar dhe duke treguar efektin në mënyrë selektive në makrofagët e zorrëve. Modeli mund të përgjithësohet edhe në eksperimente krejtësisht të reja me një qelizë të vetme pa ritrajnim: shkencëtarët mund të ngarkojnë një pamje të ARN-së me një qelizë të vetme nga vetëm disa dhjetëra qeliza. Për shembull, me të dhëna të papara nga një studim i vaksinës mRNA kundër COVID-19, ai dalloi qelizat imune T të aktivizuara nga vaksina nga ato në pushim dhe zbuloi një variant të lidhur me COVID-19 të rëndë, i cili prish aktivitetin e gjeneve më fort në gjendjen e aktivizuar.

Përveç shprehjes së gjeneve, modifikimeve të histoneve dhe aksesueshmërisë së kromatinës, AlphaGenome 2 parashikon edhe metilimin e ADN-së dhe mund të plotësojë ose parashikojë të dhëna eksperimentale që mungojnë, përmes imputimit ndër-modalitete. DeepMind ka parapërllogaritur parashikimet e AlphaGenome 2 për variantet e lidhura me tipare në qindra kushte qelizore dhe indore njerëzore, duke mbuluar tipare nga gjatësia deri te diabeti i tipit 2, dhe e zgjeron hartimin e gjeneve të rritësve (enhancer-gene) në lloje kryesore qelizore njerëzore, si astrocitet e trurit.

AlphaGenome 2 dhe tutoriale interaktive Colab janë të disponueshme që sot për kërkim jo-komercial përmes AlphaGenome API, ndërsa për kërkimin komercial janë në parapamje private; AlphaGenome 2 Skills në Google Antigravity do të vijnë së shpejti. Njoftimi, i firmosur ndër të tjerë nga Adam Gayoso, Natasha Latysheva, Pushmeet Kohli dhe Žiga Avsec dhe i realizuar në bashkëpunim edhe me studiues të Wellcome Sanger Institute, thekson se AlphaGenome dhe AlphaGenome 2 janë vetëm për përdorim kërkimor dhe nuk janë validuar apo miratuar për qëllime klinike apo diagnostikuese.