Genomiikka mullistaa lääketieteen ja tieteen, mutta nykyiset lähestymistavat kamppailevat edelleen saavuttaakseen ihmisen geneettisen monimuotoisuuden laajuuden. Pangenomit monien ihmisten DNA:ta sisältävä ratkaisu voisi olla vastaus, ja uusi projekti uskoo, että kvanttitietokoneet ovat keskeinen mahdollistaja.
Kun Human Genome Project julkaisi ensimmäisen referenssigenominsa vuonna 2001, se perustui vain kourallisen ihmisen DNA:han. Vaikka alle yksi prosentti DNA:stamme vaihtelee henkilöittäin, tämä voi silti jättää merkittäviä aukkoja ja rajoittaa sitä, mitä voimme oppia genomianalyysistä.
Siksi pangenomin käsitteestä on tullut yhä suositumpi. Tämä viittaa kokoelmaan monien eri ihmisten genomista sekvenssejä, jotka on yhdistetty kattamaan paljon laajemman valikoiman ihmisen geneettisiä mahdollisuuksia.
Näiden pangenomien kokoaminen on kuitenkin hankalaa, ja niiden koko ja monimutkaisuus tekevät laskennallisten analyysien tekemisestä pelottavaa. Siksi Cambridgen yliopisto, Wellcome Sanger Institute ja European Molecular Biology Laboratoryn European Bioinformatics Institute ovat tehneet yhteistyötä nähdäkseen, voivatko kvanttitietokoneet auttaa.
"Olemme juuri naarmuuntuneet sekä kvanttilaskennan että pangenomiikan pintaa", David Holland Wellcome Sanger Institutesta sanoi lehdistötiedotteessa. ”Näiden kahden maailman yhdistäminen on siis uskomattoman jännittävää. Emme tiedä tarkalleen, mitä on tulossa, mutta näemme suuria mahdollisuuksia suurille uusille edistysaskeleille.
Pangenomit voisivat olla ratkaiseva tekijä löytämisen kannalta kuinka erilaiset geneettiset variantit vaikuttavat ihmisen tai muiden lajien biologiaan. Nykyistä referenssigenomia käytetään oppaana geneettisten sekvenssien kokoamiseen, mutta ihmisen genomien vaihtelevuuden vuoksi siellä on usein merkittäviä DNA-paloja, jotka eivät täsmää. Pangenomi vangitsisi paljon enemmän tätä monimuotoisuutta, mikä helpottaisi pisteiden yhdistämistä ja antaisi meille täydellisemmän kuvan mahdollisista ihmisen genomeista.
Tehostaan huolimatta pangenomeja on vaikea työskennellä. Vaikka yhden henkilön genomi on vain lineaarinen sekvenssi geneettistä dataa, pangenomi on monimutkainen verkosto, joka yrittää vangita kaikki tavat, joilla sen genomit menevät päällekkäin ja eivät mene päällekkäin.
Näitä niin sanottuja "sekvenssikaavioita" on haastava rakentaa ja vielä haastavampaa analysoida. Ja se vaatii korkeaa laskentatehoa ja uusia tekniikoita, jotta hyödynnettäisiin sen sisältämän ihmisen monimuotoisuuden rikasta esitystä.
Siellä tämä uusi projekti näkee kvanttitietokoneiden auttavan. Kvanttimekaniikan omituisuuksiin luottaen ne voivat ratkaista tiettyjä laskennallisia ongelmia, jotka ovat lähes mahdottomia klassisille tietokoneille.
Vaikka on vielä huomattavaa epävarmuutta siitä, millaisia laskelmia kvanttitietokoneet todella pystyvät suorittamaan, monet toivovat niiden parantavan dramaattisesti kykyämme ratkaista ongelmia, jotka liittyvät monimutkaisiin järjestelmiin, joissa on suuri määrä muuttujia. Tämän uuden projektin tavoitteena on kehittää kvanttialgoritmeja, jotka nopeuttavat sekä pangenomien tuotantoa että analysointia, vaikka tutkijat myöntävätkin, että se on alkuaikoina.
"Aloitamme tyhjästä, koska emme edes tiedä vielä, kuinka esittää pangenomia kvanttilaskentaympäristössä", David Yuan European Bioinformatics Institutesta sanoi lehdistötiedotteessa. "Jos vertaa sitä ensimmäisiin kuulaskuihin, tämä projekti vastaa raketin suunnittelua ja astronautien kouluttamista."
Hankkeelle on myönnetty 3.5 miljoonaa dollaria, joka käytetään uusien algoritmien kehittämiseen ja niiden testaamiseen supertietokoneiden avulla simuloidulla kvanttilaitteistolla. Tutkijat uskovat, että heidän kehittämänsä työkalut voivat johtaa merkittäviin läpimurtoihin henkilökohtaisessa lääketieteessä. Niitä voitaisiin soveltaa myös virusten ja bakteerien pangenomeihin, mikä parantaa kykyämme seurata ja hallita tautipesäkkeitä.
Ottaen huomioon sen tutkiva luonne ja vaikeuksia saada kvanttitietokoneita tekemään mitään käytännöllistä, voi kestää jonkin aikaa ennen kuin projekti kantaa hedelmää. Mutta jos he onnistuvat, tutkijat voisivat merkittävästi laajentaa kykyämme ymmärtää elämäämme muokkaavia geenejä.
Kuva pistetilanne: Gerd Altmann / Pixabay
- SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
- PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
- PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
- PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
- Lähde: https://singularityhub.com/2024/04/26/how-quantum-computers-could-illuminate-the-full-range-of-human-genetic-diversity/