In een belangrijke doorbraak voor de computationele biologie heeft Google DeepMind AlphaGenome geïntroduceerd, een kunstmatig intelligentiesysteem dat is ontworpen om de mysteries van niet-coderend DNA—vaak het 'donkere materie' van het genoom genoemd—te ontrafelen.
Hoewel wetenschappers in 2003 het Human Genome Project voltooiden en daarmee ons volledige genetische blauwdruk onthulden, is het begrijpen van de functie van het grootste deel van dit DNA een van de grootste uitdagingen in de biologie gebleven. Slechts ongeveer 2% van het menselijk DNA codeert direct voor eiwitten, terwijl de overige 98% cruciale regulerende functies vervult die moeilijk te interpreteren zijn.
AlphaGenome betekent een grote stap voorwaarts in het aanpakken van deze uitdaging. Het model kan extreem lange DNA-sequenties—tot een miljoen basenparen—analyseren en voorspelt duizenden moleculaire eigenschappen met ongekende nauwkeurigheid. Hieronder vallen onder meer waar genen beginnen en eindigen in verschillende weefsels, hoe RNA wordt gespliced, de hoeveelheid geproduceerd RNA en welke eiwitten zich aan specifieke DNA-regio's binden.
"We hebben voor het eerst een enkel model gecreëerd dat veel verschillende uitdagingen rondom het begrijpen van het genoom verenigt," zegt Pushmeet Kohli, vicepresident onderzoek bij DeepMind. Het systeem presteerde beter dan gespecialiseerde modellen op 22 van de 24 sequentievoorspellingsbenchmarks en evenaarde of overtrof andere modellen op 24 van de 26 variant-effectvoorspellingstaken.
In tegenstelling tot eerdere genomische AI-modellen die zich op specifieke taken of alleen op coderende regio's richtten, biedt AlphaGenome een allesomvattende benadering voor het interpreteren van het volledige genoom. Anshul Kundaje, computationeel genomicus aan Stanford University die vroegtijdig toegang kreeg tot het systeem, noemt het 'een echte verbetering ten opzichte van vrijwel alle huidige state-of-the-art sequence-to-function-modellen.'
De potentiële toepassingen zijn breed. AlphaGenome kan onderzoekers helpen om ziekteoorzaken nauwkeuriger te identificeren, het ontwerp van synthetisch DNA met specifieke regulerende functies te sturen en ons begrip van genetische aandoeningen te versnellen. In een demonstratie voorspelde het model met succes hoe specifieke mutaties een kankerverwante gen in leukemie activeren door een nieuwe eiwitbindingsplaats te creëren, waarmee een bekend ziektemechanisme werd nagebootst.
AlphaGenome is nu via een API beschikbaar voor niet-commercieel onderzoek, waarbij DeepMind van plan is om in de toekomst de volledige modeldetails te publiceren. Het bedrijf benadrukt dat, hoewel het systeem een belangrijke doorbraak betekent, het niet is ontworpen of gevalideerd voor persoonlijke genoomvoorspellingen of klinisch gebruik.