Roboty odhaľujú ďalšie tajomstvo DNA, ukazujú tým cestu k úspešnejšej liečbe chorôb spôsobených chybnými génmi

Okrem toho, že by nástroje umelej inteligencie mohli osvetliť, ako genetické mutácie vedú k chorobám, mohli by vedcom pomôcť pochopiť aj to, ako genetická sekvencia ovplyvňuje priestorové usporiadanie a funkciu chromozomálnej DNA v jadre, uviedol autor štúdie Jian Zhou. Podľa neho tieto dva programy poskytujú ucelenejší obraz o tom, ako zmeny v sekvencii DNA, a to aj v nekódujúcich oblastiach, môžu mať dramatický vplyv na jej priestorovú organizáciu a funkciu.

Genóm pod drobnohľadom

Len zhruba 1 % ľudskej DNA kóduje inštrukcie pre tvorbu proteínov. Výskum v posledných desaťročiach ukázal, že veľká časť zostávajúceho nekódujúceho genetického materiálu obsahuje regulačné prvky (napríklad promotory, zosilňovače, tlmiče a izolátory), ktoré riadia, ako je kódujúca DNA exprimovaná. Ako sekvencia riadi funkcie väčšiny týchto regulačných prvkov, nie je zatiaľ celkom presne známe. Aby bolo možné týmto regulačným prvkom lepšie porozumieť, vyvinul autor štúdie Jian Zhou s kolegami model hlbokého učenia pomenovaný Sei.

Súvislosť s chorobami

Sei triedi úseky nekódujúce DNA do 40 tzv. sekvenčných tried. Boli vyvinuté na základe takmer 22 000 súborov dát z predchádzajúcich štúdií zaoberajúcich sa reguláciou genómu a pokrývajú viac než 97 % ľudského genómu. Sei navyše dokáže hodnotiť akúkoľvek sekvenciu podľa jej predpokladanej aktivity v každej zo 40 tried sekvencií a predpovedať, ako mutácie ovplyvňujú tieto aktivity. Aplikáciou systému Sei na ľudské genetické dáta boli vedci schopní charakterizovať regulačnú architektúru 47 znakov a chorôb zaznamenaných v databáze UK Biobank a vysvetliť, ako mutácie v regulačných prvkoch spôsobujú konkrétne patológie. To všetko môže viesť k presnejšiemu zisteniu toho, ako zmeny genómovej sekvencie súvisia s chorobami.

Predpoveď štruktúry

Dr. Zhou predstavil ešte jeden nástroj umelej inteligencie zvaný Orca. Ten predpovedá 3D architektúru DNA v chromozómoch na základe jej sekvencie. Na základe existujúcich súborov dát sekvenciou DNA a štruktúrnych dát získaných z predchádzajúcich štúdií, ktoré odhalili záhyby, skrútenia a otočky molekuly, bol model vycvičený na vytváranie spojení. Autor potom vyhodnotil schopnosť modelu predpovedať štruktúru v rôznych meradlách dĺžky. Ukázalo sa, že Orca predpovedá štruktúry DNA malých aj veľkých rozmerov na základe ich sekvencií s vysokou presnosťou, a to aj pre sekvencie nesúce mutácie spojené s rôznymi zdravotnými stavmi vrátane formy leukémie a malformáciou končatín. Orca tiež umožnila vedcom vytvoriť nové hypotézy o tom, ako sekvencia DNA riadi jej lokálnu a veľkorozmerovú 3D štruktúru.

Vedci chcú používať systémy Sei a Orca, ktoré sú verejne prístupné, na ďalšie skúmanie roly genetických mutácií pri spôsobovaní molekulárnych a fyzických prejavov chorôb.

(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