Új Módszer a Genom 3D Szerkezetének Megértésére Generatív Mesterséges Intelligenciával
A Massachusetts Institute of Technology (MIT) kémiai tanszékének kutatói új utat találtak a genom háromdimenziós szerkezetének meghatározására, amelyhez generatív mesterséges intelligenciát alkalmaznak. A kutatás célja a DNS szekvenciákból származó háromdimenziós genom szerkezetek gyors és pontos előrejelzése volt. A kutatás vezetője, Bin Zhang, a kémiai tanszék docense elmondta: „Most, hogy ezt meg tudjuk tenni, a technika a legmodernebb kísérleti módszerekkel egyenlő szintre kerül, és valóban sok izgalmas lehetőséget nyit meg.”
A kutatás során a tudósok a chromatin, a DNS és fehérjék komplexumának szerkezeti felépítését vizsgálták, amely lehetővé teszi a sejtek számára, hogy két méter DNS-t zsúfoljanak egy milliméter századrészének átmérőjű sejtmagba. A DNS hosszú szálai a hisztonnak nevezett fehérjék köré tekerednek, így egyfajta „gyöngyfűzés” szerkezetet alkotnak.
Epigenetikai módosítások, amelyek kémiai címkékként funkcionálnak, specifikus helyeken kapcsolódhatnak a DNS-hez. Ezek a címkék, amelyek a sejttípustól függően változnak, befolyásolják a chromatin hajtogatását és a közeli gének hozzáférhetőségét. A kutatók által alkalmazott új megközelítés lehetővé teszi, hogy a sejtek génkifejeződésének mintáit és funkcióit jobban megértsék.
A ChromoGen nevű AI-modell két összetevőből áll. Az első, egy mélytanuló modell, amely „olvassa” a genomot, a DNS szekvenciák és a chromatin hozzáférhetőségi adatok információinak elemzésére szolgál. A második összetevő pedig a generatív AI modell, amely fizikailag pontos chromatin konformációkat jósol, több mint 11 millió kísérleti adat alapján.
A kutatók által kifejlesztett modell lehetővé teszi a gyors és pontos szerkezeti előrejelzéseket, így a meglévő kísérleti módszereknél sokkal gyorsabb elemzéseket végezhetnek. „Míg hat hónapot tölthet el a kísérletek futtatásával, hogy néhány tucat szerkezetet nyerjen ki, a modellünk 20 perc alatt ezer struktúrát generál egy adott régióban” – mondta Greg Schuette, az egyik kutató.
Az új technológia nemcsak a DNS szekvenciák gyors elemzését teszi lehetővé, hanem a chromatin állapotainak és funkcióinak megértésére is új távlatokat nyit. A kutatók az összes adatot és a modellt elérhetővé tették mások számára, akik szeretnék használni azokat.
Érdekesség: A mesterséges intelligencia terjedése révén a kutatók ma már képesek több ezer genom szerkezetét előre jelezni mindössze néhány perc alatt, ami forradalmasíthatja a genetikai kutatásokat.
Források: MIT News, Science Advances
