Геномика производит революцию в медицине и науке, но нынешние подходы все еще не могут охватить всю широту генетического разнообразия человека. Пангеномы которые включают в себя ДНК многих людей, могут стать ответом, и новый проект предполагает, что квантовые компьютеры станут ключевым фактором.
Когда в 2001 году проект «Геном человека» опубликовал свой первый эталонный геном, он был основан на ДНК всего лишь горстки людей. Хотя менее одного процента нашей ДНК варьируется от человека к человеку, это все равно может оставлять серьезные пробелы и ограничивать то, что мы можем узнать из геномного анализа.
Вот почему концепция пангенома становится все более популярной. Это относится к коллекции геномных последовательностей множества разных людей, которые были объединены, чтобы охватить гораздо больший диапазон генетических возможностей человека.
Однако собрать эти пангеномы непросто, а их размер и сложность затрудняют проведение их вычислительного анализа. Вот почему Кембриджский университет, Институт Уэлкома Сэнгера и Европейский институт биоинформатики Европейской лаборатории молекулярной биологии объединились, чтобы выяснить, могут ли помочь квантовые компьютеры.
«Мы только что прикоснулись к квантовым вычислениям и пангеномике», — Дэвид Холланд из Института Уэлкома Сэнгера. говорится в пресс-релизе. «Поэтому объединить эти два мира невероятно интересно. Мы не знаем точно, что будет дальше, но видим большие возможности для новых крупных достижений».
Пангеномы могут быть решающее значение для обнаружения как различные генетические варианты влияют на биологию человека или других видов. Текущий эталонный геном используется в качестве руководства для сборки генетических последовательностей, но из-за изменчивости человеческих геномов часто встречаются значительные участки ДНК, которые не совпадают. Пангеном мог бы охватить гораздо больше этого разнообразия, что облегчило бы соединение точек и дало бы нам более полное представление о возможных человеческих геномах.
Несмотря на свою мощь, с пангеномами сложно работать. В то время как геном отдельного человека представляет собой просто линейную последовательность генетических данных, пангеном представляет собой сложную сеть, которая пытается уловить все способы, которыми составляющие его геномы перекрываются и не перекрываются.
Эти так называемые «графы последовательностей» сложно построить и еще сложнее анализировать. И для использования богатого представления человеческого разнообразия, содержащегося внутри, потребуются высокие уровни вычислительной мощности и новые методы.
Именно здесь в этом новом проекте на помощь приходят квантовые компьютеры. Опираясь на особенности квантовой механики, они могут решать определенные вычислительные задачи, которые практически невозможны для классических компьютеров.
Хотя до сих пор существует значительная неопределенность относительно того, какие виды вычислений на самом деле смогут выполнять квантовые компьютеры, многие надеются, что они значительно улучшат нашу способность решать проблемы, связанные со сложными системами с большим количеством переменных. Этот новый проект направлен на разработку квантовых алгоритмов, которые ускорят как производство, так и анализ пангеномов, хотя исследователи признают, что это только начало.
«Мы начинаем с нуля, потому что пока даже не знаем, как представить пангеном в среде квантовых вычислений», — заявил в пресс-релизе Дэвид Юань из Европейского института биоинформатики. «Если сравнить это с первой высадкой на Луну, этот проект эквивалентен проектированию ракеты и подготовке космонавтов».
На проект было выделено 3.5 миллиона долларов, которые будут использованы для разработки новых алгоритмов и их последующего тестирования на моделируемом квантовом оборудовании с использованием суперкомпьютеров. Исследователи полагают, что разработанные ими инструменты могут привести к значительным прорывам в персонализированной медицине. Их также можно применить к пангеномам вирусов и бактерий, что улучшит нашу способность отслеживать и контролировать вспышки заболеваний.
Учитывая его исследовательский характер и сложность заставить квантовые компьютеры делать что-либо практическое, может пройти некоторое время, прежде чем проект принесет плоды. Но если им это удастся, исследователи смогут значительно расширить нашу способность понимать гены, которые формируют нашу жизнь.
Изображение Фото: Герд Альтманн / Pixabay
- SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
- PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
- ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
- ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
- ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
- Источник: https://singularityhub.com/2024/04/26/how-quantum-computers-could-illuminate-the-full-range-of-human-genetic-diversity/