AlphaGenome Atlas: составлена карта 9 миллиардов возможных изменений ДНК человека

Google DeepMind анонсировала запуск AlphaGenome Atlas — базу, которая содержит массив данных с прогнозами влияния 9 миллиардов возможных однонуклеотидных вариаций человеческой ДНК. Система использует искусственный интеллект, чтобы оценивать, как отдельные изменения генома могут влиять на динамику молекулярных процессов и работу генов.

Человеческий геном состоит примерно из 3 миллиардов пар оснований ДНК, но белок кодируют лишь около 2% этих последовательностей. Оставшиеся 98% — некодирующие участки, в значительной степени связанные с регуляцией активности генов, но изученные гораздо хуже.

Модификация единственного звена в цепочке ДНК может отразиться на работе клетки, но проверить каждый из вариантов экспериментально невозможно: речь идет о примерно 9 миллиардах однонуклеотидных вариаций в геноме.

Основой Atlas служит разработка Google DeepMind — модель AlphaGenome, анализирующая последовательности ДНК и прогнозирующая влияние мутаций на молекулярные процессы. Google заранее выполнила расчеты для всех 9 миллиардов возможных однонуклеотидных изменений и объединила их в датасет объемом порядка 1 петабайта, который примерно в 30 раз превышает базу данных AlphaFold, ранее опубликованной DeepMind для белковых структур.

Благодаря этому ученым больше не требуется самостоятельно запускать расчеты для каждого отдельного случая: можно воспользоваться уже готовыми прогнозами и мгновенно изучить возможный эффект интересующего изменения.

Чтобы упростить навигацию по этому массиву, DeepMind предложила AlphaGenome Variant Impact (AVI) — показатель, который объединяет предсказания AlphaGenome и AlphaMissense в одно число, позволяя ученым быстро определять значимость генетических вариантов для дополнительного анализа.

Atlas также связывает результаты с конкретными молекулярными процессами — регуляцией генов, сплайсингом РНК, доступностью хроматина — и включает каталог из более чем 2500 повторяющихся коротких последовательностей ДНК вместе с их расположением.

Google DeepMind сообщает, что AlphaGenome Atlas уже задействован в научных проектах. В частности, сотрудники Broad Institute использовали AVI для поиска значимых вариантов при изучении нерасшифрованных случаев редких заболеваний: система указала на вариант в гене DNM1 и предсказала, что он формирует неправильный участок сплайсинга, а последующая экспериментальная проверка подтвердила этот прогноз.

В свою очередь, исследователь Гарет Хоукс применил Atlas к данным UK Biobank, охватывающим свыше 54 000 человек. Кластеризация редких некодирующих вариантов по вероятному молекулярному эффекту увеличила число найденных генетических ассоциаций на 22% относительно прежних результатов.

AlphaGenome Atlas не предназначен для постановки диагнозов и не может заменить лабораторные тесты. Его цель в том, чтобы помочь учёным быстрее выявлять потенциально значимые генетические изменения среди миллиардов возможных вариантов.

На данный момент сервис доступен бесплатно для академических и некоммерческих целей через веб-интерфейс, не требующий навыков программирования, а также через API. Коммерческий доступ через Google Cloud компания обещает открыть позже.

Источник: Google DeepMind