Η γονιδιωματική φέρνει επανάσταση στην ιατρική και την επιστήμη, αλλά οι τρέχουσες προσεγγίσεις εξακολουθούν να αγωνίζονται να συλλάβουν το εύρος της ανθρώπινης γενετικής ποικιλότητας. Πανγενώματα που ενσωματώνει το DNA πολλών ανθρώπων θα μπορούσε να είναι η απάντηση, και ένα νέο έργο πιστεύει ότι οι κβαντικοί υπολογιστές θα είναι ένας βασικός παράγοντας.
Όταν το Πρόγραμμα Ανθρώπινου Γονιδιώματος δημοσίευσε το πρώτο του γονιδίωμα αναφοράς το 2001, βασίστηκε σε DNA από μόνο μια χούφτα ανθρώπων. Ενώ λιγότερο από το ένα τοις εκατό του DNA μας διαφέρει από άτομο σε άτομο, αυτό μπορεί να αφήσει σημαντικά κενά και να περιορίσει όσα μπορούμε να μάθουμε από τις γονιδιωματικές αναλύσεις.
Γι' αυτό η έννοια του πανγονιδιώματος γίνεται όλο και πιο δημοφιλής. Αυτό αναφέρεται σε μια συλλογή γονιδιωματικών αλληλουχιών από πολλούς διαφορετικούς ανθρώπους που έχουν συγχωνευθεί για να καλύψουν ένα πολύ μεγαλύτερο εύρος ανθρώπινων γενετικών δυνατοτήτων.
Ωστόσο, η συναρμολόγηση αυτών των πανγονιδιωμάτων είναι δύσκολη, και το μέγεθος και η πολυπλοκότητά τους κάνουν τη διεξαγωγή υπολογιστικών αναλύσεων σε αυτά τρομακτική. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ, το Ινστιτούτο Wellcome Sanger και το Ευρωπαϊκό Ινστιτούτο Βιοπληροφορικής του Ευρωπαϊκού Εργαστηρίου Μοριακής Βιολογίας συνεργάστηκαν για να δουν εάν οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούν να βοηθήσουν.
«Μόλις γρατσουνίσαμε την επιφάνεια τόσο του κβαντικού υπολογισμού όσο και της πανγενωμίας», δήλωσε ο David Holland του Ινστιτούτου Wellcome Sanger δήλωσε σε δελτίο Τύπου. «Έτσι, το να φέρουμε αυτούς τους δύο κόσμους μαζί είναι απίστευτα συναρπαστικό. Δεν ξέρουμε ακριβώς τι έρχεται, αλλά βλέπουμε μεγάλες ευκαιρίες για σημαντικές νέες προόδους».
Πανγονιδιώματα θα μπορούσαν να είναι κρίσιμο για την ανακάλυψη πώς διαφορετικές γενετικές παραλλαγές επηρεάζουν την ανθρώπινη βιολογία ή αυτή άλλων ειδών. Το τρέχον γονιδίωμα αναφοράς χρησιμοποιείται ως οδηγός για τη συγκέντρωση γενετικών αλληλουχιών, αλλά λόγω της μεταβλητότητας των ανθρώπινων γονιδιωμάτων συχνά υπάρχουν σημαντικά κομμάτια DNA που δεν ταιριάζουν. Ένα πανγονιδίωμα θα καταλάμβανε πολύ περισσότερη από αυτή την ποικιλομορφία, καθιστώντας ευκολότερη τη σύνδεση των κουκκίδων και δίνοντάς μας μια πιο ολοκληρωμένη εικόνα των πιθανών ανθρώπινων γονιδιωμάτων.
Παρά τη δύναμή τους, τα πανγονιδιώματα είναι δύσκολο να εργαστείς. Ενώ το γονιδίωμα ενός μεμονωμένου ατόμου είναι απλώς μια γραμμική ακολουθία γενετικών δεδομένων, ένα πανγονιδίωμα είναι ένα πολύπλοκο δίκτυο που προσπαθεί να συλλάβει όλους τους τρόπους με τους οποίους τα συστατικά του γονιδιώματα επικαλύπτονται και δεν επικαλύπτονται.
Αυτά τα λεγόμενα «γραφήματα ακολουθίας» είναι δύσκολο να κατασκευαστούν και ακόμη πιο δύσκολο να αναλυθούν. Και θα απαιτηθούν υψηλά επίπεδα υπολογιστικής ισχύος και νέες τεχνικές για να γίνει χρήση της πλούσιας αναπαράστασης της ανθρώπινης ποικιλομορφίας που περιέχεται μέσα.
Εκεί είναι που αυτό το νέο έργο βλέπει τους κβαντικούς υπολογιστές να δίνουν ένα χέρι. Βασιζόμενοι στις ιδιορρυθμίες της κβαντικής μηχανικής, μπορούν να αντιμετωπίσουν ορισμένα υπολογιστικά προβλήματα που είναι σχεδόν αδύνατα για τους κλασικούς υπολογιστές.
Ενώ εξακολουθεί να υπάρχει σημαντική αβεβαιότητα σχετικά με το τι είδους υπολογισμούς θα μπορούν πραγματικά να εκτελούν οι κβαντικοί υπολογιστές, πολλοί ελπίζουν ότι θα βελτιώσουν δραματικά την ικανότητά μας να επιλύουμε προβλήματα που σχετίζονται με πολύπλοκα συστήματα με μεγάλο αριθμό μεταβλητών. Αυτό το νέο έργο στοχεύει στην ανάπτυξη κβαντικών αλγορίθμων που επιταχύνουν τόσο την παραγωγή όσο και την ανάλυση των πανγονιδιωμάτων, αν και οι ερευνητές παραδέχονται ότι είναι νωρίς.
«Ξεκινάμε από το μηδέν γιατί δεν ξέρουμε ακόμη πώς να αναπαραστήσουμε ένα πανγονιδίωμα σε ένα περιβάλλον κβαντικών υπολογιστών», δήλωσε ο David Yuan από το Ευρωπαϊκό Ινστιτούτο Βιοπληροφορικής στο δελτίο τύπου. «Αν το συγκρίνετε με τις πρώτες προσγειώσεις σε φεγγάρι, αυτό το έργο ισοδυναμεί με το σχεδιασμό ενός πυραύλου και την εκπαίδευση των αστροναυτών».
Το έργο έχει βραβευτεί με 3.5 εκατομμύρια δολάρια, τα οποία θα χρησιμοποιηθούν για την ανάπτυξη νέων αλγορίθμων και στη συνέχεια τη δοκιμή τους σε προσομοιωμένο κβαντικό υλικό χρησιμοποιώντας υπερυπολογιστές. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι τα εργαλεία που αναπτύσσουν θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε σημαντικές ανακαλύψεις στην εξατομικευμένη ιατρική. Θα μπορούσαν επίσης να εφαρμοστούν σε πανγονιδιώματα ιών και βακτηρίων, βελτιώνοντας την ικανότητά μας να παρακολουθούμε και να διαχειριζόμαστε εστίες ασθενειών.
Δεδομένου του διερευνητικού χαρακτήρα του και του δυσκολία να κάνουμε τους κβαντικούς υπολογιστές να κάνουν κάτι πρακτικό, μπορεί να περάσει αρκετός καιρός μέχρι να καρποφορήσει το έργο. Αλλά αν τα καταφέρουν, οι ερευνητές θα μπορούσαν να επεκτείνουν σημαντικά την ικανότητά μας να κατανοούμε τα γονίδια που διαμορφώνουν τη ζωή μας.
Image Credit: Gerd Altmann / Pixabay
- SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
- PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
- PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
- πηγή: https://singularityhub.com/2024/04/26/how-quantum-computers-could-illuminate-the-full-range-of-human-genetic-diversity/