Genomica zorgt voor een revolutie in de geneeskunde en de wetenschap, maar de huidige benaderingen hebben nog steeds moeite om de breedte van de menselijke genetische diversiteit te vatten. Pangenomen waarin het DNA van veel mensen is verwerkt, zou het antwoord kunnen zijn, en een nieuw project denkt dat kwantumcomputers een sleutelrol zullen spelen.
Toen het Human Genome Project in 2001 zijn eerste referentiegenoom publiceerde, was het gebaseerd op DNA van slechts een handvol mensen. Hoewel minder dan één procent van ons DNA van persoon tot persoon varieert, kan dit nog steeds belangrijke hiaten achterlaten en beperken wat we kunnen leren van genomische analyses.
Dat is de reden waarom het concept van een pangenoom steeds populairder is geworden. Dit verwijst naar een verzameling genomische sequenties van veel verschillende mensen die zijn samengevoegd om een veel groter scala aan menselijke genetische mogelijkheden te dekken.
Het samenstellen van deze pangenomen is echter lastig, en hun omvang en complexiteit maken het uitvoeren van computationele analyses erop lastig. Daarom hebben de Universiteit van Cambridge, het Wellcome Sanger Instituut en het European Bioinformatics Institute van het European Molecular Biology Laboratory samengewerkt om te kijken of kwantumcomputers kunnen helpen.
“We hebben nog maar net het oppervlak van zowel quantum computing als pangenomics betreden”, zegt David Holland van het Wellcome Sanger Institute zei in een persbericht. “Het is dus ongelooflijk spannend om deze twee werelden samen te brengen. We weten niet precies wat er gaat komen, maar we zien grote kansen voor grote nieuwe ontwikkelingen.”
Pangenomen zouden dat kunnen zijn cruciaal voor het ontdekken hoe verschillende genetische varianten de menselijke biologie of die van andere soorten beïnvloeden. Het huidige referentiegenoom wordt gebruikt als leidraad voor het samenstellen van genetische sequenties, maar vanwege de variabiliteit van menselijke genomen zijn er vaak aanzienlijke stukjes DNA die niet bij elkaar passen. Een pangenoom zou veel meer van die diversiteit vastleggen, waardoor het gemakkelijker wordt om de punten met elkaar te verbinden en ons een completer beeld te geven van mogelijke menselijke genomen.
Ondanks hun kracht zijn pangenomen moeilijk om mee te werken. Hoewel het genoom van een enkele persoon slechts een lineaire reeks genetische gegevens is, is een pangenoom een complex netwerk dat alle manieren probeert vast te leggen waarop de samenstellende genomen elkaar wel en niet overlappen.
Deze zogenaamde ‘reeksgrafieken’ zijn een uitdaging om te construeren en nog uitdagender om te analyseren. En er zullen hoge niveaus van rekenkracht en nieuwe technieken nodig zijn om gebruik te kunnen maken van de rijke representatie van de menselijke diversiteit die daarin besloten ligt.
Dat is waar dit nieuwe project kwantumcomputers een handje helpt. Ze vertrouwen op de eigenaardigheden van de kwantummechanica en kunnen bepaalde rekenproblemen aanpakken die vrijwel onmogelijk zijn voor klassieke computers.
Hoewel er nog steeds aanzienlijke onzekerheid bestaat over welke soorten berekeningen kwantumcomputers daadwerkelijk zullen kunnen uitvoeren, hopen velen dat ze ons vermogen om problemen met complexe systemen met grote aantallen variabelen op te lossen dramatisch zullen verbeteren. Dit nieuwe project is gericht op het ontwikkelen van kwantumalgoritmen die zowel de productie als de analyse van pangenomen versnellen, hoewel de onderzoekers toegeven dat dit nog in de kinderschoenen staat.
“We beginnen helemaal opnieuw, omdat we nog niet eens weten hoe we een pangenoom moeten representeren in een quantumcomputeromgeving”, zegt David Yuan van het European Bioinformatics Institute in het persbericht. “Als je het vergelijkt met de eerste maanlandingen, is dit project het equivalent van het ontwerpen van een raket en het trainen van astronauten.”
Het project heeft 3.5 miljoen dollar gekregen, die zal worden gebruikt om nieuwe algoritmen te ontwikkelen en deze vervolgens te testen op gesimuleerde kwantumhardware met behulp van supercomputers. De onderzoekers denken dat de instrumenten die zij ontwikkelen kunnen leiden tot belangrijke doorbraken in de gepersonaliseerde geneeskunde. Ze kunnen ook worden toegepast op pangenomen van virussen en bacteriën, waardoor we beter in staat zijn om ziekte-uitbraken op te sporen en te beheersen.
Gezien het verkennende karakter en de moeilijkheid om kwantumcomputers iets praktisch te laten doenkan het nog enige tijd duren voordat het project vruchten afwerpt. Maar als ze daarin slagen, kunnen de onderzoekers ons vermogen om betekenis te geven aan de genen die ons leven vormgeven aanzienlijk vergroten.
Krediet van het beeld: Gerd Altmann / Pixabay
- Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
- PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
- PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
- PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
- Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
- Bron: https://singularityhub.com/2024/04/26/how-quantum-computers-could-illuminate-the-full-range-of-human-genetic-diversity/