AI точно предсказывает эффекты генетических мутаций в биологической темной материи

AI точно предсказывает эффекты генетических мутаций в биологической темной материи
                Исследователи создали новую систему глубокого обучения под названием ExPecto, чтобы предсказать влияние генетических мутаций в различных тканевых системах в организме человека. Диаграмма выше показывает результаты для экспрессии связанной с иммунитетом семейства GTPase M (IRGM), гена, участвующего в иммунном ответе, связанном с болезнью Крона, язвенным колитом и общим воспалительным заболеванием кишечника. Подмножество возможных мутаций перечислено горизонтально, в то время как системы тканей перечислены вертикально. Красный цвет указывает на мутации, которые, по прогнозам ExPecto, сигнализируют об увеличении экспрессии IRGM в данной системе, а синий обозначает ожидаемое снижение экспрессии. Кредит: HumanBase

Новая структура машинного обучения, получившая название ExPecto, может предсказывать последствия генетических мутаций в так называемых областях «темной материи» человеческого генома. ExPecto указывает, как определенные мутации могут нарушить способ включения и выключения генов по всему телу. Такие нарушения в экспрессии генов могут иногда иметь фатальные последствия.
                                                                                       

Используя этот метод, его создатели в Центре вычислительной биологии Института Флатирон (CCB) в Нью-Йорке и в Принстонском университете вычислили генетические последствия более 140 миллионов мутаций в различных тканях. Исследователи также точно определили мутации, потенциально ответственные за увеличение риска некоторых заболеваний, связанных с иммунитетом, включая хронический вирус гепатита В (HBV) и болезнь Крона.

ExPecto может однажды помочь в выборе лекарственной терапии и помочь осветить, как эволюция сформировала наш генетический код, сообщают исследователи в исследовании, опубликованном 16 июля в Nature Genetics.

«ExPecto может исследовать любой генетический вариант и прогнозировать его влияние на экспрессию генов», — говорит главный исследователь Ольга Троянская, заместитель директора по геномике в CCB и профессор в Принстоне. «Это невероятно захватывающе».

Ваша ДНК содержит гены, которые служат чертежами для построения белков, молекул рабочей лошадки нашего тела, ответственных за выполнение важных задач, таких как транспортировка кислорода, общение с другими клетками и борьба с инфекциями. Кодирующие белки последовательности составляют менее двух процентов всего вашего генома. Все эти гены присутствуют в клетках всего вашего тела. Это повсеместное распространение означает, что белки, кодирующие гены, жизненно важные для работы мозга, например, также существуют в пищеварительном тракте, лежа в состоянии покоя.

Гены включаются и выключаются другими 98 процентами вашего генома, той частью «темной материи», которая не кодирует белки. Большинство генетических мутаций находятся в этой некодирующей области. Мутация — это, по сути, генетическая опечатка — добавление, удаление или изменение в геномной последовательности. Мутации в некодирующей области могут иногда вызывать или не экспрессировать гены в неправильной части вашего тела в неподходящее время, увеличивая риск таких заболеваний, как рак.

Определение конкретной ответственной мутации затруднено, потому что некодирующая часть ДНК очень велика. Предыдущие исследования сравнивали геномы многих людей с данным заболеванием, выискивая мутации, которые были у людей. Этот подход, однако, становится все более хитрым для более редких мутаций. Кроме того, цепочки ДНК иногда наследуются в больших кластерах, поэтому ученые изо всех сил пытаются определить, какой именно фрагмент генетического кода является источником проблем.

Авторы исследования выбрали другой подход. Они разработали ExPecto (названный в честь очарования Патронуса из серии о Гарри Поттере) как программу, которая может читать необработанную последовательность ДНК и предсказывать соответствующий эффект на экспрессию генов.

ExPecto использует методы глубокого обучения из искусственного интеллекта. Используя один эталонный геном, исследователи обучили программу, чтобы понять, как ДНК контролирует экспрессию генов в более чем 200 различных тканях и типах клеток. Исходя из этой информации, ExPecto может предсказать эффект любой мутации, даже мутации, которые ученые никогда раньше не видели.

Исследователи использовали ExPecto, чтобы предсказать мутации, которые способствуют болезни Крона, хронической инфекции ВГВ и болезни Бехчета. Соавтор исследования Чандра Тисфельд затем экспериментально проверил результаты. По всем трем заболеваниям она обнаружила, что предполагаемый кандидат ExPecto был более многообещающим потенциальным источником заболевания, чем те, которые были предложены в предыдущих исследованиях.

Исследователи надеются, что ExPecto однажды поможет медицинским экспертам определить генетических факторов, влияющих на болезнь пациента, и разработает методы лечения, адаптированные к геному пациента. «Как только вы узнаете, на какой белок влияет и на что он влияет, вы можете разработать лекарства, которые помогут решить эту проблему», — говорит соавтор исследования Цзянь Чжоу, научный сотрудник Flatiron в CCB. Например, «если вы не можете произвести определенный белок, вы можете разработать терапию, которая восполнит недостающий белок».

Любой может получить доступ к прогнозам ExPecto о воздействии более 140 миллионов возможных мутаций вблизи генов, кодирующих белок. Эти результаты доступны онлайн как часть HumanBase, системы прогнозирования на основе данных о биологии человека и заболеваниях, разработанной исследовательской группой. Посетители могут ввести ген и увидеть все возможные мутации, которые могут повлиять на экспрессию этого гена в любой из 218 тканей и типов клеток.

Похожие новости

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *