Цікавості

Команда біологів з Університету Каліфорнії в Сан-Дієго за участі лабораторії професора Джеймса Т. Кадонаґи (Jаmеs Т. Каdоnаgа) за допомогою штучного інтелекту розшифрувала ДНК‑послідовність так званого «ініціатора» — ключової ділянки, з якої починається активація генів. Про результати повідомляє ресурс Nеwswіsе Sсіеnсе Nеws.Точне вмикання й вимикання десятків тисяч генів є критичним для нормального розвитку та росту організму. Спеціалізовані відрізки ДНК керують тим, коли й як зчитуються гени, що зрештою визначає вироблення ферментів, гормонів, білків та інших компонентів клітини. Якщо цей процес порушується, клітини можуть втратити функцію або перетворитися на ракові.

Що таке ініціатор і чому він важливий

Ініціатор — це ділянка ДНК у промоторі гена, де інструкції, закодовані в ДНК, уперше перетворюються на РНК, а потім — на функціональні продукти. Від того, як працює цей стартовий елемент, залежить, чи буде ген активований і з якою інтенсивністю.Досі точна послідовність ДНК, яка визначає ініціатор, залишалася не до кінця зрозумілою. Це обмежувало можливості вчених передбачати, як мутації в цій ділянці можуть впливати на роботу генів і сприяти розвитку хвороб, зокрема раку.

Пів мільйона варіантів і модель ШІ

У новому дослідженні, яке очолила аспірантка Торрі Райн-Карріґ (Тоrrеy Rhynе-Саrrіgg), науковці використали високопродуктивне секвенування ДНК, щоб виміряти активність експресії генів для приблизно 500 000 різних варіантів ініціатора. Кожен варіант мав трохи змінену послідовність, і дослідники оцінювали, наскільки добре він запускає зчитування гена.Отриманий масив даних став основою для моделі машинного навчання — різновиду штучного інтелекту. Алгоритм проаналізував сотні тисяч прикладів і «навчився» розпізнавати характерний ДНК‑візерунок, притаманний ефективному ініціатору.За словами Кадонаґи, ці моделі вперше дали змогу з високою точністю передбачати наявність або відсутність ініціатора в людських генах і фактично розшифрували послідовність основ ДНК, що його визначає.

Скільки людських генів містять ініціатор

Коли дослідники застосували створену модель до людського геному, вони виявили, що приблизно 60% людських генів містять послідовність ініціатора. Це означає, що цей елемент є надзвичайно поширеним і відіграє центральну роль у регуляції експресії генів.Знання точної послідовності дає змогу шукати мутації саме в цій ділянці й оцінювати, як вони можуть змінювати активність генів. Такі зміни можуть бути пов’язані з різними порушеннями, включно з онкологічними захворюваннями.

Можливі застосування та наступні кроки

Нові дані й моделі можна використати не лише для аналізу природних мутацій, а й для проєктування синтетичних промоторів — штучних послідовностей, які вмикають або вимикають гени з потрібною силою та в потрібний час. Це важливо для біотехнології, генної інженерії та фундаментальних досліджень клітин.Кадонаґа зазначає, що робота є кроком уперед у поєднанні лабораторних експериментів і ШІ для розшифрування інформації, закодованої в послідовності ДНК людини. У кожній клітині міститься близько шести мільярдів пар основ ДНК, і вчені припускають, що в цій послідовності зашифрований «код експресії генів» — правила, які визначають, коли, де й наскільки сильно має працювати кожен ген.На думку дослідників, якби вдалося створити модель ШІ для всього цього коду, можна було б передбачати активність різних варіантів генів у різних людей. Поточна модель для ініціатора — невелика, але важлива частина такого глобального коду. Вчені сподіваються, що в недалекому майбутньому вдасться розширити подібні моделі й охопити більше елементів, які керують експресією генів у людини.Робота виконана на основі аналізу даних і статистичних методів, а результати опубліковано в рецензованому журналі Gеnеs & Dеvеlорmеnt. Дослідження підтримали Національний науковий фонд США та Національні інститути здоров’я, а для обчислень використовували ресурси суперкомп’ютерного центру в Сан-Дієго.Стаття ШІ розшифрував ДНК‑послідовність, що запускає активацію генів з'явилася спочатку на Цікавості.