Roboti odhalují další tajemství DNA a ukazují tím cestu k úspěšnější léčbě způsobené vadnými geny

Kromě toho, že by nástroje umělé inteligence mohly osvětlit, jak genetické mutace vedou k nemocem, mohly by vědcům pomoci pochopit i to, jak genetická sekvence ovlivňuje prostorové uspořádání a funkci chromozomální DNA v jádře, uvedl autor studie Jian Zhou. Podle něj tyto dva programy poskytují ucelenější obraz o tom, jak mohou mít změny v sekvenci DNA, a to i v nekódujících oblastech, dramatický vliv na její prostorovou organizaci a funkci.

Genom pod drobnohledem

Jen zhruba 1 % lidské DNA kóduje instrukce pro tvorbu proteinů. Výzkum v posledních desetiletích ukázal, že velká část zbývajícího, nekódujícího genetického materiálu obsahuje regulační prvky (například promotory, zesilovače, tlumiče a izolátory), které řídí, jak je kódující DNA exprimována. Jakým způsobem sekvence řídí funkce většiny těchto regulačních prvků, není zatím zcela přesně známo. Aby bylo možné těmto regulačním prvkům lépe porozumět, vyvinul autor studie Jian Zhou s kolegy model hlubokého učení pojmenovaný Sei.

Souvislost s nemocemi

Sei třídí úseky nekódující DNA do 40 tzv. sekvenčních tříd. Byly vyvinuty na základě téměř 22 000 souborů dat z předchozích studií zabývajících se regulací genomu a pokrývají více než 97 % lidského genomu. Sei navíc umí hodnotit jakoukoli sekvenci podle její předpokládané aktivity v každé ze 40 tříd sekvencí a předpovídat, jak tyto aktivity ovlivňují mutace. Aplikací systému Sei na lidská genetická data byli vědci schopni charakterizovat regulační architekturu 47 znaků a nemocí zaznamenaných v databázi UK Biobank a vysvětlit, jak mutace v regulačních prvcích způsobují konkrétní patologie. To vše může vést k přesnějšímu zjištění toho, jak změny genomové sekvence souvisejí s nemocemi.

Předpověď struktury

Dr. Zhou představil ještě jeden nástroj umělé inteligence, zvaný Orca. Ten předpovídá 3D architekturu DNA v chromozomech na základě její sekvence. Na základě existujících souborů dat sekvencí DNA a strukturních dat získaných z předchozích studií, které odhalily záhyby, zkroucení a otočky molekuly, byl model vycvičen k vytváření spojení. Autor pak vyhodnotil schopnost modelu předpovídat strukturu v různých měřítcích délky. Ukázalo se, že Orca předpovídá struktury DNA malých i velkých rozměrů na základě jejich sekvencí s vysokou přesností, a to i pro sekvence nesoucí mutace spojené s různými zdravotními stavy včetně formy leukémie a malformací končetin. Orca také umožnila vědcům vytvořit nové hypotézy o tom, jak sekvence DNA řídí její lokální a velkorozměrovou 3D strukturu.

Vědci chtějí systémy Sei a Orca, které jsou veřejně přístupné, používat k dalšímu zkoumání role genetických mutací při způsobování molekulárních a fyzických projevů nemocí.

(nov)

Zdroj: Zhou J. AI Tools Predict DNA’s Regulatory Role and 3D Structure. Digital Health News. 9. 8. 2022. Dostupné na https://www.digitalhealthnews.eu/index.php?option=com_content&view=article&id=6761:ai-tools-predict-dna-s-regulatory-role-and-3d-structure&catid=164:research.

Foto: Pixabay.com