Genomika revolucionira medicino in znanost, vendar sedanji pristopi še vedno težko zajamejo širino človeške genetske raznolikosti. Pangenomi ki vključujejo DNK mnogih ljudi, bi lahko bil odgovor, nov projekt pa meni, da bodo kvantni računalniki ključni dejavnik.
Ko je projekt Human Genome leta 2001 objavil svoj prvi referenčni genom, je ta temeljil na DNK le peščice ljudi. Medtem ko se manj kot en odstotek naše DNK razlikuje od osebe do osebe, lahko to še vedno pusti pomembne vrzeli in omeji, kar se lahko naučimo iz genomskih analiz.
Zato postaja koncept pangenoma vse bolj priljubljen. To se nanaša na zbirko genomskih zaporedij številnih različnih ljudi, ki so bile združene, da bi pokrile veliko večji obseg človeških genetskih možnosti.
Vendar je sestavljanje teh pangenomov težavno, zaradi njihove velikosti in kompleksnosti pa je izvajanje računalniških analiz na njih zastrašujoče. Zato so se Univerza v Cambridgeu, Inštitut Wellcome Sanger in Evropski inštitut za bioinformatiko Evropskega laboratorija za molekularno biologijo združili, da bi ugotovili, ali lahko kvantni računalniki pomagajo.
"Pravkar smo opraskali površino tako kvantnega računalništva kot pangenomike," David Holland z inštituta Wellcome Sanger je dejal v sporočilu za javnost. »Torej je združevanje teh dveh svetov neverjetno razburljivo. Ne vemo natančno, kaj prihaja, vendar vidimo velike priložnosti za velik nov napredek.”
Pangenomi bi lahko bili ključnega pomena za odkrivanje kako različne genetske variante vplivajo na človeško biologijo ali biologijo drugih vrst. Trenutni referenčni genom se uporablja kot vodilo za sestavljanje genetskih zaporedij, vendar zaradi variabilnosti človeških genomov pogosto obstajajo pomembni deli DNK, ki se ne ujemajo. Pangenom bi zajel veliko več te raznolikosti, kar bi olajšalo povezovanje pik in nam dalo popolnejši pogled na možne človeške genome.
Kljub njihovi moči je s pangenomi težko delati. Medtem ko je genom posamezne osebe le linearno zaporedje genetskih podatkov, je pangenom zapleteno omrežje, ki poskuša zajeti vse načine, na katere se njegovi sestavni genomi prekrivajo in ne.
Te tako imenovane "zaporedne grafe" je težko zgraditi in še bolj zahtevno analizirati. Za uporabo bogate predstavitve človeške raznolikosti, ki jo vsebuje, bodo potrebne visoke ravni računalniške moči in nove tehnike.
Tukaj ta novi projekt vidi pomoč kvantnih računalnikov. Z zanašanjem na domislice kvantne mehanike se lahko lotijo določenih računalniških problemov, ki so za klasične računalnike skoraj nemogoči.
Čeprav še vedno obstaja precejšnja negotovost glede tega, kakšne vrste izračunov bodo kvantni računalniki dejansko lahko izvajali, mnogi upajo, da bodo dramatično izboljšali našo sposobnost reševanja problemov, povezanih s kompleksnimi sistemi z velikim številom spremenljivk. Ta novi projekt je namenjen razvoju kvantnih algoritmov, ki pospešijo tako proizvodnjo kot analizo pangenomov, čeprav raziskovalci priznavajo, da je to v zgodnjih dneh.
"Začenjamo iz nič, ker sploh še ne vemo, kako predstaviti pangenom v kvantnem računalniškem okolju," je v sporočilu za javnost dejal David Yuan iz Evropskega inštituta za bioinformatiko. "Če ga primerjate s prvimi pristanki na Luni, je ta projekt enakovreden oblikovanju rakete in usposabljanju astronavtov."
Projekt je dobil 3.5 milijona dolarjev, ki bodo porabljeni za razvoj novih algoritmov in njihovo nato testiranje na simulirani kvantni strojni opremi z uporabo superračunalnikov. Raziskovalci menijo, da bi orodja, ki jih razvijajo, lahko vodila do pomembnih prebojev v personalizirani medicini. Lahko bi jih uporabili tudi za pangenome virusov in bakterij, s čimer bi izboljšali našo sposobnost sledenja in obvladovanja izbruhov bolezni.
Glede na njegovo raziskovalno naravo in težko pripraviti kvantne računalnike do česar koli praktičnega, lahko traja nekaj časa, preden projekt obrodi sadove. Toda če jim uspe, bi lahko raziskovalci znatno razširili našo sposobnost razumevanja genov, ki oblikujejo naša življenja.
Kreditno slike: Gerd Altmann / pixabay
- Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
- PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
- PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
- vir: https://singularityhub.com/2024/04/26/how-quantum-computers-could-illuminate-the-full-range-of-human-genetic-diversity/