A genómica está a revolucionar a medicina e a ciência, mas as abordagens actuais ainda lutam para capturar a amplitude da diversidade genética humana. Pangenomas que incorporam o DNA de muitas pessoas pode ser a resposta, e um novo projeto acredita que os computadores quânticos serão um facilitador chave.
Quando o Projecto Genoma Humano publicou o seu primeiro genoma de referência em 2001, baseava-se no ADN de apenas um punhado de humanos. Embora menos de um por cento do nosso ADN varie de pessoa para pessoa, isto ainda pode deixar lacunas importantes e limitar o que podemos aprender com as análises genómicas.
É por isso que o conceito de pangenoma se tornou cada vez mais popular. Isto se refere a uma coleção de sequências genômicas de muitas pessoas diferentes que foram fundidas para cobrir uma gama muito maior de possibilidades genéticas humanas.
Porém, montar esses pangenomas é complicado, e seu tamanho e complexidade tornam a realização de análises computacionais sobre eles assustadora. É por isso que a Universidade de Cambridge, o Instituto Wellcome Sanger e o Instituto Europeu de Bioinformática do Laboratório Europeu de Biologia Molecular se uniram para ver se os computadores quânticos podem ajudar.
“Acabamos de arranhar a superfície da computação quântica e da pangenômica”, disse David Holland, do Wellcome Sanger Institute. disse em um comunicado de imprensa. “Portanto, unir esses dois mundos é incrivelmente emocionante. Não sabemos exatamente o que está por vir, mas vemos grandes oportunidades para novos avanços importantes.”
Os pangenomas poderiam ser fundamental para descobrir como diferentes variantes genéticas impactam a biologia humana ou de outras espécies. O atual genoma de referência é usado como guia para montar sequências genéticas, mas devido à variabilidade dos genomas humanos, muitas vezes há pedaços significativos de DNA que não coincidem. Um pangenoma capturaria muito mais dessa diversidade, tornando mais fácil ligar os pontos e nos dando uma visão mais completa dos possíveis genomas humanos.
Apesar de seu poder, os pangenomas são difíceis de trabalhar. Embora o genoma de uma única pessoa seja apenas uma sequência linear de dados genéticos, um pangenoma é uma rede complexa que tenta capturar todas as maneiras pelas quais seus genomas constituintes se sobrepõem ou não.
Esses chamados “gráficos de sequência” são difíceis de construir e ainda mais difíceis de analisar. E serão necessários elevados níveis de poder computacional e novas técnicas para fazer uso da rica representação da diversidade humana contida nele.
É aí que este novo projeto vê os computadores quânticos ajudando. Baseando-se nas peculiaridades da mecânica quântica, eles podem resolver certos problemas computacionais que são quase impossíveis para computadores clássicos.
Embora ainda haja uma incerteza considerável sobre que tipos de cálculos os computadores quânticos serão realmente capazes de executar, muitos esperam que eles melhorem drasticamente a nossa capacidade de resolver problemas relacionados com sistemas complexos com grande número de variáveis. Este novo projeto visa desenvolver algoritmos quânticos que acelerem a produção e a análise de pangenomas, embora os pesquisadores admitam que ainda é cedo.
“Estamos começando do zero porque ainda nem sabemos como representar um pangenoma em um ambiente de computação quântica”, disse David Yuan, do Instituto Europeu de Bioinformática, no comunicado à imprensa. “Se você comparar com os primeiros pousos na Lua, este projeto equivale a projetar um foguete e treinar os astronautas.”
O projeto recebeu US$ 3.5 milhões, que serão usados para desenvolver novos algoritmos e depois testá-los em hardware quântico simulado usando supercomputadores. Os pesquisadores acreditam que as ferramentas que desenvolvem podem levar a avanços significativos na medicina personalizada. Também poderiam ser aplicados a pangenomas de vírus e bactérias, melhorando a nossa capacidade de rastrear e gerir surtos de doenças.
Dada a sua natureza exploratória e a dificuldade de fazer com que computadores quânticos façam algo prático, poderá levar algum tempo até que o projeto dê frutos. Mas se tiverem sucesso, os investigadores poderão expandir significativamente a nossa capacidade de dar sentido aos genes que moldam as nossas vidas.
Crédito de imagem: Gerd Altmann / P
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- Fonte: https://singularityhub.com/2024/04/26/how-quantum-computers-could-illuminate-the-full-range-of-human-genetic-diversity/