Von The WinePress
Der folgende Bericht ist ein Blogbeitrag von Google DeepMind (Auszüge):
Das Genom ist die Gebrauchsanweisung unserer Zellen. Es ist der vollständige Satz an DNA, der nahezu jeden Teil eines lebenden Organismus steuert, vom Aussehen und der Funktion bis hin zum Wachstum und zur Fortpflanzung. Kleine Abweichungen in der DNA-Sequenz eines Genoms können die Reaktion eines Organismus auf seine Umgebung oder seine Anfälligkeit für Krankheiten verändern. Aber zu entschlüsseln, wie die Anweisungen des Genoms auf molekularer Ebene gelesen werden – und was passiert, wenn eine kleine DNA-Variation auftritt – ist immer noch eines der größten Rätsel der Biologie.
Heute stellen wir AlphaGenome vor, ein neues Tool der künstlichen Intelligenz (KI), das umfassender und genauer vorhersagt, wie sich einzelne Varianten oder Mutationen in menschlichen DNA-Sequenzen auf eine Vielzahl von biologischen Prozessen auswirken, die Gene regulieren. Möglich wurde dies unter anderem durch technische Fortschritte, die es dem Modell ermöglichen, lange DNA-Sequenzen zu verarbeiten und hochauflösende Vorhersagen zu liefern.
Um die wissenschaftliche Forschung voranzutreiben, stellen wir AlphaGenome über unsere AlphaGenome-API für nicht-kommerzielle Forschungszwecke in einer Vorschauversion zur Verfügung und planen, das Modell in Zukunft zu veröffentlichen.
„Das ist ein Meilenstein für diesen Bereich. Zum ersten Mal haben wir ein einziges Modell, das einen weitreichenden Kontext, grundlegende Präzision und modernste Leistung für ein ganzes Spektrum genomischer Aufgaben vereint.“ – Dr. Caleb Lareau, Memorial Sloan Kettering Cancer Center
Unser AlphaGenome-Modell nimmt eine lange DNA-Sequenz als Eingabe – bis zu 1 Million Buchstaben, auch als Basenpaare bekannt – und sagt Tausende von molekularen Eigenschaften voraus, die ihre regulatorische Aktivität charakterisieren. Es kann auch die Auswirkungen genetischer Varianten oder Mutationen bewerten, indem es Vorhersagen mutierter Sequenzen mit nicht mutierten vergleicht.
Zu den vorhergesagten Eigenschaften gehören, wo Gene in verschiedenen Zelltypen und Geweben beginnen und enden, wo sie gespleißt werden, die Menge der produzierten RNA und auch, welche DNA-Basen zugänglich sind, nahe beieinander liegen oder an bestimmte Proteine gebunden sind.
Unser Modell analysiert bis zu 1 Million DNA-Buchstaben und erstellt Vorhersagen mit einer Auflösung auf Ebene einzelner Buchstaben. Der Kontext langer Sequenzen ist wichtig, um Regionen abzudecken, die Gene aus großer Entfernung regulieren, und die Basenauflösung ist wichtig, um fein abgestufte biologische Details zu erfassen.
Durch die Ermöglichung hochauflösender Vorhersagen für lange Eingabesequenzen kann AlphaGenome die unterschiedlichsten Modalitäten vorhersagen. Auf diese Weise liefert AlphaGenome Wissenschaftlern umfassendere Informationen über die komplexen Schritte der Genregulation.
Neben der Vorhersage einer Vielzahl molekularer Eigenschaften kann AlphaGenome in Sekundenschnelle die Auswirkungen einer genetischen Variante auf all diese Eigenschaften effizient bewerten. Dazu werden die Vorhersagen mutierter Sequenzen mit denen unmutierter Sequenzen verglichen und dieser Kontrast mithilfe verschiedener Ansätze für unterschiedliche Modalitäten effizient zusammengefasst.
Viele seltene genetische Erkrankungen, wie spinale Muskelatrophie und einige Formen der zystischen Fibrose, können durch Fehler beim RNA-Spleißen verursacht werden – einem Prozess, bei dem Teile des RNA-Moleküls entfernt oder „herausgeschnitten” werden und die verbleibenden Enden wieder miteinander verbunden werden. AlphaGenome kann erstmals die Position und das Expressionsniveau dieser Verbindungsstellen direkt aus der Sequenz explizit modellieren und bietet so tiefere Einblicke in die Auswirkungen genetischer Varianten auf das RNA-Spleißen.
Die Vorhersagefähigkeiten von AlphaGenome könnten mehrere Forschungsansätze unterstützen:
- Verständnis von Krankheiten: Durch genauere Vorhersagen genetischer Störungen könnte AlphaGenome Forschern helfen, die potenziellen Ursachen von Krankheiten präziser zu lokalisieren und die funktionellen Auswirkungen von Varianten, die mit bestimmten Merkmalen verbunden sind, besser zu interpretieren, wodurch möglicherweise neue therapeutische Ansatzpunkte entdeckt werden könnten. Wir halten das Modell für besonders geeignet, um seltene Varianten mit potenziell großen Auswirkungen zu untersuchen, wie beispielsweise solche, die seltene Mendel’sche Erkrankungen verursachen.
- Synthetische Biologie: Seine Vorhersagen könnten als Leitfaden für die Konstruktion synthetischer DNA mit spezifischer regulatorischer Funktion dienen – beispielsweise um ein Gen nur in Nervenzellen, nicht aber in Muskelzellen zu aktivieren.
- Grundlagenforschung: Es könnte unser Verständnis des Genoms beschleunigen, indem es dabei hilft, seine entscheidenden funktionellen Elemente zu kartieren und ihre Rollen zu definieren und die wichtigsten DNA-Anweisungen zur Regulierung der Funktion eines bestimmten Zelltyps zu identifizieren.
„AlphaGenome wird ein leistungsstarkes Werkzeug für diesen Bereich sein. Die Bestimmung der Relevanz verschiedener nicht-kodierender Varianten kann eine große Herausforderung darstellen, insbesondere in großem Maßstab. Dieses Werkzeug wird einen entscheidenden Beitrag leisten und uns ermöglichen, bessere Zusammenhänge herzustellen, um Krankheiten wie Krebs besser zu verstehen.“ – Professor Marc Mansour, University College London
KOMMENTAR DES AUTORS
Ich erinnere mich an einen Film, den mein Biologielehrer in der High School uns gezeigt hat. Er hieß „GATTACA“ (in Anlehnung an die vier Bausteine der DNA) und zeigte eine dystopische Welt, in der Transhumanismus und Eugenik als normal galten, selektive DNA-Züchtung betrieben wurde und Menschen mit guten Genen gegenüber denen mit schlechten Genen diskriminiert wurden.
Wir nähern uns immer mehr einer Welt, in der die Verbesserung und die Erzeugung von Designer-Babys zur Normalität werden …
Menschen wie Yuval Noah Harari glauben, dass solche Dinge großartig sind und die nächste Phase der menschlichen Evolution darstellen, und dass wir hackbare Wesen ohne Seele und Geist sind.
