Genomikk revolusjonerer medisin og vitenskap, men dagens tilnærminger sliter fortsatt med å fange bredden av menneskelig genetisk mangfold. Pangenomer som inkorporerer mange menneskers DNA kan være svaret, og et nytt prosjekt tror kvantedatamaskiner vil være en viktig muliggjører.
Da Human Genome Project publiserte sitt første referansegenom i 2001, var det basert på DNA fra bare en håndfull mennesker. Mens mindre enn én prosent av DNAet vårt varierer fra person til person, kan dette likevel etterlate viktige hull og begrense det vi kan lære av genomiske analyser.
Det er derfor konseptet med et pangenom har blitt stadig mer populært. Dette refererer til en samling av genomiske sekvenser fra mange forskjellige mennesker som har blitt slått sammen for å dekke et mye større spekter av menneskelige genetiske muligheter.
Å sette sammen disse pangenomene er imidlertid vanskelig, og deres størrelse og kompleksitet gjør det skremmende å utføre beregningsanalyser på dem. Det er derfor University of Cambridge, Wellcome Sanger Institute og European Molecular Biology Laboratorys European Bioinformatics Institute har gått sammen for å se om kvantedatamaskiner kan hjelpe.
"Vi har nettopp skrapet på overflaten av både kvanteberegning og pangenomikk," David Holland fra Wellcome Sanger Institute sa i en pressemelding. "Så å bringe disse to verdenene sammen er utrolig spennende. Vi vet ikke nøyaktig hva som kommer, men vi ser store muligheter for store nye fremskritt.»
Pangenomer kan være avgjørende for å oppdage hvordan ulike genetiske varianter påvirker menneskets biologi, eller andre arters biologi. Det nåværende referansegenomet brukes som en guide for å sette sammen genetiske sekvenser, men på grunn av variasjonen til menneskelige genomer er det ofte betydelige biter av DNA som ikke stemmer overens. Et pangenom ville fange opp mye mer av det mangfoldet, noe som gjør det lettere å koble sammen prikkene og gi oss et mer fullstendig syn på mulige menneskelige genomer.
Til tross for sin kraft er pangenomer vanskelig å jobbe med. Mens genomet til en enkelt person bare er en lineær sekvens av genetiske data, er et pangenom et komplekst nettverk som prøver å fange opp alle måtene dets bestanddelende genomer gjør og ikke overlapper.
Disse såkalte "sekvensgrafene" er utfordrende å konstruere og enda mer utfordrende å analysere. Og det vil kreve høye nivåer av beregningskraft og nye teknikker for å gjøre bruk av den rike representasjonen av menneskelig mangfold som finnes innenfor.
Det er der dette nye prosjektet ser kvantedatamaskiner hjelpe til. Ved å stole på kvantemekanikkens særheter kan de takle visse beregningsproblemer som er nesten umulige for klassiske datamaskiner.
Selv om det fortsatt er betydelig usikkerhet om hva slags beregninger kvantedatamaskiner faktisk vil kunne kjøre, håper mange at de dramatisk vil forbedre vår evne til å løse problemer knyttet til komplekse systemer med et stort antall variabler. Dette nye prosjektet er rettet mot å utvikle kvantealgoritmer som fremskynder både produksjonen og analysen av pangenomer, selv om forskerne innrømmer at det er tidlig.
"Vi starter fra bunnen av fordi vi ennå ikke vet hvordan vi skal representere et pangenom i et kvantedatabehandlingsmiljø," sa David Yuan fra European Bioinformatics Institute i pressemeldingen. "Hvis du sammenligner det med de første månelandingene, tilsvarer dette prosjektet å designe en rakett og trene astronautene."
Prosjektet har blitt tildelt 3.5 millioner dollar, som skal brukes til å utvikle nye algoritmer og deretter teste dem på simulert kvantemaskinvare ved hjelp av superdatamaskiner. Forskerne tror verktøyene de utvikler kan føre til betydelige gjennombrudd innen personlig tilpasset medisin. De kan også brukes på pangenomer av virus og bakterier, og forbedrer vår evne til å spore og håndtere sykdomsutbrudd.
Gitt sin utforskende natur og vanskeligheter med å få kvantedatamaskiner til å gjøre noe praktisk, kan det ta litt tid før prosjektet bærer frukter. Men hvis de lykkes, kan forskerne utvide vår evne til å forstå genene som former livene våre betydelig.
Bilde Credit: Gerd Altmann / Pixabay
- SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk deg selv. Tilgang her.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
- PlatoESG. Karbon, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Avfallshåndtering. Tilgang her.
- PlatoHelse. Bioteknologisk og klinisk etterretning. Tilgang her.
- kilde: https://singularityhub.com/2024/04/26/how-quantum-computers-could-illuminate-the-full-range-of-human-genetic-diversity/