Genomics đang cách mạng hóa y học và khoa học, nhưng các phương pháp tiếp cận hiện tại vẫn gặp khó khăn trong việc nắm bắt được phạm vi đa dạng di truyền của con người. Pangenome kết hợp DNA của nhiều người có thể là câu trả lời và một dự án mới cho rằng máy tính lượng tử sẽ là công cụ hỗ trợ chính.
Khi Dự án Bộ gen Người công bố bộ gen tham chiếu đầu tiên vào năm 2001, nó chỉ dựa trên DNA của một số ít người. Mặc dù chưa đến XNUMX% DNA của chúng ta khác nhau ở mỗi người, nhưng điều này vẫn có thể để lại những khoảng trống quan trọng và hạn chế những gì chúng ta có thể học được từ các phân tích gen.
Đó là lý do tại sao khái niệm pangenome ngày càng trở nên phổ biến. Điều này đề cập đến một tập hợp các trình tự bộ gen từ nhiều người khác nhau đã được hợp nhất để bao quát phạm vi rộng hơn về khả năng di truyền của con người.
Tuy nhiên, việc lắp ráp các pangenome này rất phức tạp và kích thước cũng như độ phức tạp của chúng khiến việc thực hiện các phân tích tính toán trên chúng trở nên khó khăn. Đó là lý do tại sao Đại học Cambridge, Viện Wellcome Sanger và Viện Tin sinh học Châu Âu của Phòng thí nghiệm Sinh học Phân tử Châu Âu đã hợp tác để xem liệu máy tính lượng tử có thể giúp ích hay không.
David Holland thuộc Viện Wellcome Sanger cho biết trong một thông cáo báo chí. “Vì vậy, việc kết hợp hai thế giới này lại với nhau là điều vô cùng thú vị. Chúng tôi không biết chính xác điều gì sắp xảy ra, nhưng chúng tôi nhìn thấy những cơ hội tuyệt vời cho những tiến bộ mới to lớn.”
Pangenome có thể là quan trọng để khám phá các biến thể di truyền khác nhau tác động như thế nào đến sinh học của con người hoặc của các loài khác. Bộ gen tham chiếu hiện tại được sử dụng làm hướng dẫn để tập hợp các trình tự di truyền, nhưng do tính biến đổi của bộ gen người nên thường có những đoạn DNA đáng kể không khớp với nhau. Một pangenome sẽ nắm bắt được nhiều hơn sự đa dạng đó, giúp kết nối các dấu chấm dễ dàng hơn và cho chúng ta cái nhìn đầy đủ hơn về các bộ gen có thể có của con người.
Bất chấp sức mạnh của chúng, pangenome rất khó để làm việc. Trong khi bộ gen của một người chỉ là một chuỗi dữ liệu di truyền tuyến tính, thì pangenome là một mạng lưới phức tạp cố gắng nắm bắt tất cả các cách thức mà các bộ gen cấu thành của nó hoạt động và không trùng lặp.
Cái gọi là “biểu đồ trình tự” này rất khó xây dựng và thậm chí còn khó phân tích hơn. Và nó sẽ đòi hỏi sức mạnh tính toán ở mức độ cao và các kỹ thuật mới để tận dụng sự thể hiện phong phú về sự đa dạng của con người bên trong.
Đó là nơi mà dự án mới này nhận thấy máy tính lượng tử có thể giúp một tay. Dựa vào những đặc điểm của cơ học lượng tử, họ có thể giải quyết một số vấn đề tính toán gần như không thể thực hiện được đối với máy tính cổ điển.
Mặc dù vẫn còn có sự không chắc chắn đáng kể về loại máy tính lượng tử thực sự có thể chạy, nhưng nhiều người hy vọng chúng sẽ cải thiện đáng kể khả năng của chúng ta trong việc giải quyết các vấn đề liên quan đến các hệ thống phức tạp với số lượng biến lớn. Dự án mới này nhằm mục đích phát triển các thuật toán lượng tử giúp tăng tốc cả quá trình sản xuất và phân tích các gen tê tê, mặc dù các nhà nghiên cứu thừa nhận vẫn còn ở giai đoạn đầu.
David Yuan từ Viện Tin sinh học Châu Âu cho biết: “Chúng tôi đang bắt đầu lại từ đầu vì chúng tôi thậm chí còn chưa biết cách thể hiện một pangenome trong môi trường điện toán lượng tử”. “Nếu bạn so sánh nó với chuyến đổ bộ lên mặt trăng đầu tiên, thì dự án này tương đương với việc thiết kế một tên lửa và đào tạo các phi hành gia.”
Dự án đã được trao 3.5 triệu USD, số tiền này sẽ được sử dụng để phát triển các thuật toán mới và sau đó thử nghiệm chúng trên phần cứng lượng tử mô phỏng bằng siêu máy tính. Các nhà nghiên cứu cho rằng những công cụ họ phát triển có thể dẫn đến những đột phá đáng kể trong y học cá nhân hóa. Chúng cũng có thể được áp dụng cho các loài virus và vi khuẩn, cải thiện khả năng theo dõi và quản lý các đợt bùng phát dịch bệnh của chúng ta.
Với tính chất thăm dò và khó khăn trong việc khiến máy tính lượng tử làm được bất cứ điều gì thiết thực, có thể phải mất một thời gian nữa dự án mới có kết quả. Nhưng nếu thành công, các nhà nghiên cứu có thể mở rộng đáng kể khả năng hiểu được các gen hình thành nên cuộc sống của chúng ta.
Ảnh: Gerd Altmann / Pixabay
- Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
- PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
- Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
- PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
- nguồn: https://singularityhub.com/2024/04/26/how-quantum-computers-could-illuminate-the-full-range-of-human-genetic-diversity/