Genomica revoluționează medicina și știința, dar abordările actuale încă se luptă să surprindă amploarea diversității genetice umane. Pangenoame care încorporează ADN-ul multor oameni ar putea fi răspunsul, iar un nou proiect consideră că computerele cuantice vor fi un factor cheie.
Când Proiectul Genomului Uman a publicat primul său genom de referință în 2001, acesta se baza pe ADN-ul de la doar o mână de oameni. În timp ce mai puțin de un procent din ADN-ul nostru variază de la persoană la persoană, acest lucru poate lăsa în continuare lacune importante și poate limita ceea ce putem învăța din analizele genomice.
De aceea conceptul de pangenom a devenit din ce în ce mai popular. Aceasta se referă la o colecție de secvențe genomice de la mulți oameni diferiți care au fost fuzionate pentru a acoperi o gamă mult mai mare de posibilități genetice umane.
Asamblarea acestor pangenome este totuși dificilă, iar dimensiunea și complexitatea lor fac ca efectuarea de analize computaționale asupra lor să fie descurajantă. De aceea, Universitatea din Cambridge, Institutul Wellcome Sanger și Institutul European de Bioinformatică al Laboratorului European de Biologie Moleculară au făcut echipă pentru a vedea dacă computerele cuantice pot ajuta.
„Tocmai am zgâriat suprafața atât a calculului cuantic, cât și a pangenomicii”, David Holland de la Wellcome Sanger Institute a declarat într-un comunicat de presă. „Așa că a aduce aceste două lumi împreună este incredibil de interesant. Nu știm exact ce urmează, dar vedem oportunități mari pentru noi progrese majore.”
Pangenoamele ar putea fi crucial pentru descoperire modul în care diferitele variante genetice influențează biologia umană sau pe cea a altor specii. Genomul de referință actual este folosit ca ghid pentru a asambla secvențe genetice, dar din cauza variabilității genomului uman există adesea bucăți semnificative de ADN care nu se potrivesc. Un pangenom ar capta mult mai mult din această diversitate, facilitând conectarea punctelor și oferindu-ne o vedere mai completă a posibilelor genomuri umane.
În ciuda puterii lor, pangenomul este dificil de lucrat. În timp ce genomul unei singure persoane este doar o secvență liniară de date genetice, un pangenom este o rețea complexă care încearcă să surprindă toate modurile în care genomurile sale constitutive se suprapun și nu se suprapun.
Aceste așa-numite „grafice de secvență” sunt dificil de construit și chiar mai dificil de analizat. Și va necesita niveluri ridicate de putere de calcul și tehnici noi pentru a folosi reprezentarea bogată a diversității umane conținute în interior.
Acolo, acest nou proiect vede computerele cuantice dând o mână de ajutor. Bazându-se pe ciudateniile mecanicii cuantice, ei pot aborda anumite probleme de calcul care sunt aproape imposibile pentru computerele clasice.
Deși există încă o incertitudine considerabilă cu privire la tipurile de calcule care vor putea rula computerele cuantice, mulți speră că vor îmbunătăți dramatic capacitatea noastră de a rezolva probleme legate de sisteme complexe cu un număr mare de variabile. Acest nou proiect are ca scop dezvoltarea algoritmilor cuantici care accelerează atât producția, cât și analiza pangenomurilor, deși cercetătorii admit că sunt primele zile.
„Începem de la zero pentru că nici măcar nu știm încă cum să reprezentăm un pangenom într-un mediu de calcul cuantic”, a spus David Yuan de la Institutul European de Bioinformatică în comunicatul de presă. „Dacă îl compari cu primele aterizări pe Lună, acest proiect este echivalentul cu proiectarea unei rachete și antrenamentul astronauților.”
Proiectul a primit 3.5 milioane de dolari, care vor fi folosiți pentru a dezvolta noi algoritmi și apoi a-i testa pe hardware cuantic simulat folosind supercalculatoare. Cercetătorii cred că instrumentele pe care le dezvoltă ar putea duce la descoperiri semnificative în medicina personalizată. Ele ar putea fi, de asemenea, aplicate pangenomului de viruși și bacterii, îmbunătățind capacitatea noastră de a urmări și gestiona focarele de boli.
Având în vedere natura sa exploratorie și dificultatea de a face computerele cuantice să facă ceva practic, ar putea trece ceva timp până când proiectul să dea roade. Dar dacă reușesc, cercetătorii ar putea extinde semnificativ capacitatea noastră de a înțelege genele care ne modelează viața.
Credit imagine: Gerd Altmann / Pixabay
- Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
- PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
- PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
- Sursa: https://singularityhub.com/2024/04/26/how-quantum-computers-could-illuminate-the-full-range-of-human-genetic-diversity/