AI蛋白技術(shù)解析基因變異，個(gè)性化基因療法迎新機(jī)遇
(相關(guān)資料圖)
近期，由我國(guó)科學(xué)家牽頭發(fā)起，多國(guó)科學(xué)家共同參與的“靈長(zhǎng)類(lèi)基因組計(jì)劃”取得重大進(jìn)展，相關(guān)研究成果在權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上發(fā)表。其中，由時(shí)任基因測(cè)序巨頭Illumina Senior Fellow、分子之心創(chuàng)始人許錦波教授與Illumina人工智能實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合完成的《The landscape of tolerated genetic variation in humans and primates》一文，借助AI蛋白技術(shù)分析靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物基因組的變異，了解個(gè)體的基因變異和遺傳風(fēng)險(xiǎn)，為個(gè)性化基因醫(yī)學(xué)的發(fā)展帶來(lái)重要機(jī)遇。
“靈長(zhǎng)類(lèi)基因組計(jì)劃”由中國(guó)科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所率先提出，中、美、德、英等多個(gè)國(guó)家的100多位科學(xué)家共同參與，是一項(xiàng)跨國(guó)、跨學(xué)科的科學(xué)探索工程。該計(jì)劃擬通過(guò)測(cè)定地球上已知500多種靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物的基因序列，繪制靈長(zhǎng)類(lèi)基因組圖譜，破譯人類(lèi)“近親”的遺傳信息，為靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物的保護(hù)及生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
眾所周知，基因是決定遺傳特征的基本單位。人類(lèi)基因組中有很多基因發(fā)生了微小的變異，但人們并不完全了解這些變異對(duì)人類(lèi)健康的影響。由于基因組的復(fù)雜性和多樣性，這些變異中只有極小一部分被科學(xué)家們認(rèn)為與疾病相關(guān)，其他的變異則一直沒(méi)有明確的解釋?？茖W(xué)家們一直在努力尋找方法來(lái)準(zhǔn)確解讀這些變異，以確定人類(lèi)遺傳變異的影響及其對(duì)疾病風(fēng)險(xiǎn)的影響，從而實(shí)現(xiàn)個(gè)性化醫(yī)療。為更好地理解人類(lèi)基因組中的變異，科學(xué)家們轉(zhuǎn)向靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物進(jìn)行研究。多數(shù)靈長(zhǎng)類(lèi)物種的基因信息與人類(lèi)基因密切相關(guān)，比如黑猩猩和人類(lèi)具有99.4%的蛋白質(zhì)序列同一性。因此，可以根據(jù)人類(lèi)密切相關(guān)的靈長(zhǎng)類(lèi)物種信息來(lái)推斷與其直系同源的人類(lèi)變異的致病性。
科學(xué)家們對(duì)來(lái)自211種靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物的703個(gè)個(gè)體進(jìn)行了測(cè)序，并將這些與之前研究的數(shù)據(jù)進(jìn)行了匯總，確定了430萬(wàn)個(gè)獨(dú)特的錯(cuò)義（蛋白質(zhì)改變）變體。在靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物中觀察到的錯(cuò)義變異在ClinVar數(shù)據(jù)庫(kù)中的評(píng)估中更有可能被認(rèn)為是無(wú)害的，也就是說(shuō)，這些變異并不會(huì)對(duì)人們的健康產(chǎn)生不良影響，這與自然選擇和基因組適應(yīng)性有關(guān)，表明它們被自然選擇所容忍。這一發(fā)現(xiàn)為進(jìn)一步研究人類(lèi)基因組的變異提供了重要線索。
為了進(jìn)一步分析和解釋人類(lèi)基因組中的變異，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了PrimateAI-3D的深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)利用蛋白質(zhì)的多序列比對(duì)和3D結(jié)構(gòu)作為輸入，通過(guò)3D卷積識(shí)別蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵的變異區(qū)域，經(jīng)過(guò)AI訓(xùn)練，能夠準(zhǔn)確分類(lèi)良性和未知的人類(lèi)變異，預(yù)測(cè)基因變異的致病性。
據(jù)悉，PrimateAI-3D為科學(xué)家們解讀基因變異的功能和影響提供了新的工具。比如，研究人員利用PrimateAI-3D模型對(duì)STK11基因進(jìn)行了深入分析，研究人員通過(guò)PrimateAI-3D模型的預(yù)測(cè)，可以對(duì)STK11基因中的變異進(jìn)行分類(lèi)，判斷其可能的致病性，便于進(jìn)一步理解STK11基因的功能和與Peutz-Jeghers綜合征的關(guān)系，為臨床診斷和治療提供指導(dǎo)。而通過(guò)對(duì)靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物基因的研究，科學(xué)家們將在個(gè)性化基因醫(yī)學(xué)領(lǐng)域取得重要突破。通過(guò)更準(zhǔn)確地解釋人類(lèi)基因組中的變異，醫(yī)生和研究人員可以更好地理解患者的遺傳特征，并為其提供更加個(gè)性化和精準(zhǔn)的醫(yī)療護(hù)理，為全人類(lèi)健康帶來(lái)福祉。
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