Ключ до прихованих хвороб: Google представила ШІ-карту всіх можливих змін ДНК людини

Компанія Google DeepMind представила AlphaGenome Atlas — відкриту платформу, яка показує, як кожна можлива зміна однієї «літери» ДНК може вплинути на роботу організму. Новий ресурс охоплює близько 9 мільярдів можливих генетичних змін і допомагає науковцям швидше знаходити причини рідкісних захворювань та досліджувати поширені хвороби. Платформа вже доступна для академічного використання через безплатний вебпортал, API AlphaGenome та сервіс Google Antigravity.

ДНК містить генетичні інструкції, за якими працює організм. Проблема полягає в тому, що в геномі людини існують мільярди можливих змін окремих «літер» ДНК, і перевірити кожну з них у лабораторії практично неможливо.

Саме тому DeepMind використала штучний інтелект. Компанія вже створила модель AlphaGenome, яка вміє прогнозувати, як зміна однієї «літери» ДНК може вплинути на роботу генів. Тепер ці прогнози підготували одразу для всього геному та зібрали в одному місці.

Обсяг AlphaGenome Atlas

Обсяг AlphaGenome Atlas становить приблизно один петабайт — це більш ніж у 30 разів перевищує розмір бази даних AlphaFold. Якщо AlphaFold свого часу відкрив дослідникам доступ до прогнозованих структур понад 200 мільйонів білків, то AlphaGenome Atlas переносить схожий підхід на рівень усього геному.

Розробники порівнюють новий ресурс із географічним атласом. Замість гір і річок він показує, які ділянки ДНК можуть змінювати роботу клітин і які наслідки це може мати для організму.

Як це допоможе дослідникам

Разом із платформою компанія представила показник AlphaGenome Variant Impact (AVI), який поєднує прогнози моделей AlphaGenome та AlphaMissense в єдине числове значення. Ця оцінка допомагає швидко визначити, які генетичні зміни найімовірніше мають найбільший вплив.

Система враховує не лише 2% геному, які безпосередньо містять інструкції для створення білків, а й решту 98%. Ці ділянки не виробляють білки, але керують тим, коли й наскільки активно працюють гени.

Крім загальної оцінки, платформа пояснює, чому саме певна зміна вважається важливою. Наприклад, вона може показати, що мутація порушує процес сплайсингу — механізм, який допомагає клітині правильно зчитувати генетичні інструкції, — або змінює активність гена.

Допомагає знаходити причини рідкісних хвороб

Партнери DeepMind вже використовують AlphaGenome Atlas у реальних дослідженнях. Під час роботи з консорціумом GREGoR дослідники Broad Institute використали платформу для повторного аналізу випадків недіагностованих рідкісних захворювань.

У результаті вони виявили раніше пропущену генетичну зміну в гені DNM1, яка пов'язана з важкою формою епілепсії. ШІ правильно передбачив, що ця зміна змушує клітину неправильно зчитувати генетичні інструкції, а лабораторні експерименти підтвердили цей висновок.

Допомагає знаходити приховані закономірності

Інший приклад пов'язаний із проєктом UK Biobank, який містить генетичні дані десятків тисяч людей. Дослідник Гарет Гоукс із Університету Ексетера використав AlphaGenome Atlas для пошуку рідкісних генетичних змін у ділянках ДНК, які регулюють роботу генів.

Завдяки цьому вдалося знайти на 22% більше зв'язків між такими змінами та рівнем важливих білків в організмі, ніж за допомогою звичайних методів. Також дослідник визначив 19 перспективних ділянок ДНК, які можуть бути пов'язані з індексом маси тіла.

Карта «слів» геному

До AlphaGenome Atlas також увійшла база з понад 2500 повторюваних коротких послідовностей ДНК, які розробники називають «словами» геному. Вони допомагають ученим зрозуміти, які білки можуть приєднуватися до певних ділянок ДНК і вмикати або вимикати роботу генів.

У DeepMind зазначають, що розглядають AlphaGenome Atlas як основу для майбутніх відкриттів. Компанія планує зробити платформу доступною і для комерційного використання через Google Cloud, а також інтегрувати її зі своїми іншими науковими інструментами на базі штучного інтелекту, зокрема Google Antigravity.

Паралельно з розвитком аналітичних систем на базі ШІ науковці шукають способи фізичного виправлення виявлених дефектів. Раніше дослідники з Колумбійського університету повідомили про успішне застосування технології базового редагування генів у людських ембріонах, що дозволяє точково змінювати окремі «генетичні літери» без масштабних ушкоджень хромосом, притаманних класичному інструменту CRISPR.