Genomics revolutionerer medicin og videnskab, men nuværende tilgange kæmper stadig for at fange bredden af menneskets genetiske mangfoldighed. Pangenomer som inkorporerer mange menneskers DNA kunne være svaret, og et nyt projekt mener, at kvantecomputere vil være en vigtig muliggører.
Da Human Genome Project offentliggjorde sit første referencegenom i 2001, var det baseret på DNA fra kun en håndfuld mennesker. Selvom mindre end én procent af vores DNA varierer fra person til person, kan dette stadig efterlade vigtige huller og begrænse, hvad vi kan lære af genomiske analyser.
Det er derfor, konceptet med et pangenom er blevet mere og mere populært. Dette refererer til en samling av genomiske sekvenser fra mange forskellige mennesker, der er blevet slået sammen for at dække et meget større udvalg af menneskelige genetiske muligheder.
Det er dog vanskeligt at samle disse pangenomer, og deres størrelse og kompleksitet gør det skræmmende at udføre beregningsmæssige analyser på dem. Det er derfor, at University of Cambridge, Wellcome Sanger Institute og European Molecular Biology Laboratorys European Bioinformatics Institute er gået sammen for at se, om kvantecomputere kan hjælpe.
"Vi har kun lige ridset overfladen af både kvantecomputere og pangenomics," David Holland fra Wellcome Sanger Institute sagde i en pressemeddelelse. "Så at bringe disse to verdener sammen er utrolig spændende. Vi ved ikke præcis, hvad der kommer, men vi ser store muligheder for store nye fremskridt.”
Pangenomer kunne være afgørende for at opdage hvordan forskellige genetiske varianter påvirker menneskets biologi eller andre arters. Det nuværende referencegenom bruges som en guide til at samle genetiske sekvenser, men på grund af variationen af menneskelige genomer er der ofte betydelige bidder af DNA, der ikke matcher. Et pangenom ville fange meget mere af den mangfoldighed, hvilket gør det lettere at forbinde prikkerne og give os et mere komplet overblik over mulige menneskelige genomer.
På trods af deres kraft er pangenomer svære at arbejde med. Mens genomet af en enkelt person kun er en lineær sekvens af genetiske data, er et pangenom et komplekst netværk, der forsøger at fange alle de måder, hvorpå dets bestanddele gør og ikke overlapper.
Disse såkaldte "sekvensgrafer" er udfordrende at konstruere og endnu mere udfordrende at analysere. Og det vil kræve høje niveauer af beregningskraft og nye teknikker at gøre brug af den rige repræsentation af menneskelig mangfoldighed, der er indeholdt indeni.
Det er her, dette nye projekt ser kvantecomputere give en hånd. Ved at stole på kvantemekanikkens særheder kan de tackle visse beregningsproblemer, der er næsten umulige for klassiske computere.
Selvom der stadig er betydelig usikkerhed om, hvilke slags beregninger kvantecomputere rent faktisk vil kunne køre, håber mange, at de dramatisk vil forbedre vores evne til at løse problemer i forbindelse med komplekse systemer med et stort antal variabler. Dette nye projekt er rettet mod at udvikle kvantealgoritmer, der fremskynder både produktionen og analysen af pangenomer, selvom forskerne indrømmer, at det er tidligt.
"Vi starter fra bunden, fordi vi endnu ikke ved, hvordan man repræsenterer et pangenom i et kvantecomputermiljø," sagde David Yuan fra European Bioinformatics Institute i pressemeddelelsen. "Hvis du sammenligner det med de første månelandinger, svarer dette projekt til at designe en raket og træne astronauterne."
Projektet er blevet tildelt 3.5 millioner dollars, som skal bruges til at udvikle nye algoritmer og derefter teste dem på simuleret kvantehardware ved hjælp af supercomputere. Forskerne mener, at de værktøjer, de udvikler, kan føre til betydelige gennembrud inden for personlig medicin. De kan også anvendes på pangenomer af vira og bakterier, hvilket forbedrer vores evne til at spore og håndtere sygdomsudbrud.
I betragtning af dens udforskende karakter og svært ved at få kvantecomputere til at gøre noget praktisk, kan der gå noget tid, før projektet bærer frugt. Men hvis det lykkes, kan forskerne markant udvide vores evne til at forstå de gener, der former vores liv.
Billede Credit: Gerd Altmann / Pixabay
- SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk dig selv. Adgang her.
- PlatoAiStream. Web3 intelligens. Viden forstærket. Adgang her.
- PlatoESG. Kulstof, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Affaldshåndtering. Adgang her.
- PlatoHealth. Bioteknologiske og kliniske forsøgs intelligens. Adgang her.
- Kilde: https://singularityhub.com/2024/04/26/how-quantum-computers-could-illuminate-the-full-range-of-human-genetic-diversity/