Genomik revolutionerar medicin och vetenskap, men nuvarande tillvägagångssätt kämpar fortfarande för att fånga bredden av mänsklig genetisk mångfald. Pangenomer som innehåller många människors DNA kan vara svaret, och ett nytt projekt tror att kvantdatorer kommer att vara en viktig möjlighet.
När Human Genome Project publicerade sitt första referensgenom 2001 var det baserat på DNA från bara en handfull människor. Även om mindre än en procent av vårt DNA varierar från person till person, kan detta fortfarande lämna viktiga luckor och begränsa vad vi kan lära oss av genomiska analyser.
Det är därför begreppet pangenom har blivit allt mer populärt. Detta hänvisar till en samling genomiska sekvenser från många olika människor som har slagits samman för att täcka ett mycket större spektrum av mänskliga genetiska möjligheter.
Att montera dessa pangenom är dock knepigt, och deras storlek och komplexitet gör det skrämmande att utföra beräkningsanalyser på dem. Det är därför University of Cambridge, Wellcome Sanger Institute och European Molecular Biology Laboratorys European Bioinformatics Institute har gått samman för att se om kvantdatorer kan hjälpa.
"Vi har precis skrapat på ytan av både kvantberäkning och pangenomik," David Holland på Wellcome Sanger Institute sade i ett pressmeddelande. "Så att föra samman dessa två världar är otroligt spännande. Vi vet inte exakt vad som kommer, men vi ser stora möjligheter till stora nya framsteg.”
Pangenomer kan vara avgörande för att upptäcka hur olika genetiska varianter påverkar människans biologi eller andra arters biologi. Det nuvarande referensgenomet används som en guide för att sammanställa genetiska sekvenser, men på grund av variationen hos mänskliga genom finns det ofta betydande bitar av DNA som inte matchar. Ett pangenom skulle fånga mycket mer av den mångfalden, vilket gör det lättare att koppla ihop prickarna och ge oss en mer komplett bild av möjliga mänskliga genom.
Trots sin kraft är pangenom svåra att arbeta med. Medan genomet för en enskild person bara är en linjär sekvens av genetiska data, är ett pangenom ett komplext nätverk som försöker fånga alla de sätt som dess beståndsdelar gör och inte överlappar.
Dessa så kallade "sekvensgrafer" är utmanande att konstruera och ännu mer utmanande att analysera. Och det kommer att kräva höga nivåer av beräkningskraft och nya tekniker för att använda den rika representationen av mänsklig mångfald som finns inom.
Det är där det här nya projektet ser kvantdatorer hjälpa till. Genom att förlita sig på kvantmekanikens egenheter kan de ta itu med vissa beräkningsproblem som är nästan omöjliga för klassiska datorer.
Även om det fortfarande finns stor osäkerhet om vilka typer av beräkningar kvantdatorer faktiskt kommer att kunna köra, hoppas många att de dramatiskt kommer att förbättra vår förmåga att lösa problem som rör komplexa system med ett stort antal variabler. Detta nya projekt syftar till att utveckla kvantalgoritmer som påskyndar både produktionen och analysen av pangenomer, även om forskarna medger att det är tidiga dagar.
"Vi börjar från början eftersom vi ännu inte ens vet hur vi ska representera ett pangenom i en kvantberäkningsmiljö", säger David Yuan från European Bioinformatics Institute i pressmeddelandet. "Om du jämför det med de första månlandningarna, är det här projektet likvärdigt med att designa en raket och träna astronauterna."
Projektet har tilldelats 3.5 miljoner dollar, som ska användas för att utveckla nya algoritmer och sedan testa dem på simulerad kvanthårdvara med hjälp av superdatorer. Forskarna tror att de verktyg de utvecklar kan leda till betydande genombrott inom personlig medicin. De kan också appliceras på pangenomer av virus och bakterier, vilket förbättrar vår förmåga att spåra och hantera sjukdomsutbrott.
Med tanke på dess utforskande karaktär och svårt att få kvantdatorer att göra något praktiskt, det kan dröja innan projektet bär frukt. Men om de lyckas kan forskarna avsevärt utöka vår förmåga att förstå de gener som formar våra liv.
Image Credit: Gerd Altmann / Pixabay
- SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
- Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
- PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
- Källa: https://singularityhub.com/2024/04/26/how-quantum-computers-could-illuminate-the-full-range-of-human-genetic-diversity/