Искусственный интеллект в исследовании активации генов обнаруживает редкие последовательности ДНК

Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего использовали машинное обучение для идентификации «синтетических экстремальных» последовательностей ДНК с заданными функциями в активации генов.

Ключевое открытие:

• Ранее с помощью ИИ была обнаружена область downstream core promoter region (DPR) — «ключ» для активации до трети наших генов.
• В новой работе, опубликованной в Genes & Development, ИИ сравнил элемент DPR у человека и плодовой мушки (Drosophila).
• Алгоритмы проанализировали 50 миллионов тестовых последовательностей ДНК, обученные на данных 200 000 известных последовательностей.
• Результат: ИИ успешно нашёл редкие, «заказные» последовательности DPR, которые активны у человека, но не у дрозофилы, и наоборот.

Как это работает:

• Использовался метод support vector regression.
• ИИ смог предсказать функции редких, возможно, одна-на-миллион последовательностей.
• Предсказания ИИ были успешно проверены классическими методами «мокрой» лаборатории.
• Провести аналогичный анализ вручную было бы практически невозможно: каждое «мокрое» эксперимент длится около трёх недель, а для 100 миллионов сравнений потребовались бы несоизмеримые ресурсы.

Практическое значение и будущее:

• Подход универсален: вместо «человек vs. мушка» можно сравнивать действие лекарства А и лекарства Б или активность в ткани 1 и ткани 2.
• Применение: метод может быть использован для создания синтетических последовательностей ДНК с полезными свойствами в биотехнологии и медицине.
• Вывод: Биологи только начинают раскрывать потенциал технологий ИИ для дизайна биологических систем.

«Это очень впечатляет и довольно примечательно, что модели ИИ смогли предсказать активность редких, один-на-миллион, экстремальных последовательностей», — отметил профессор Джеймс Т. Кадонага.