Google DeepMind ra mắt AlphaGenome Atlas: Bản đồ dự đoán 9 tỷ biến thể gen người

Theo tin từ IT ngày 8 tháng 9, Google hôm nay đã ra mắt AlphaGenome Atlas, một nền tảng chứa các dự đoán chức năng cho 9 tỷ biến thể nucleotide đơn (tất cả các thay đổi DNA một chữ cái có thể xảy ra) trong bộ gen người. Đây là danh mục toàn diện nhất hiện nay về tác động của các đột biến gen đối với sinh học phân tử, và giới học thuật có thể truy cập miễn phí thông qua cổng thông tin trực tuyến.

DNA là ngôn ngữ của sự sống, việc nắm vững các mã của nó có thể thay đổi khả năng hiểu biết về sinh học và điều trị bệnh tật của con người. Tuy nhiên, việc giải mã tác động của các biến thể gen ở cấp độ phân tử từ lâu đã là một nút thắt: bộ gen người có khoảng 9 tỷ đột biến một chữ cái có thể xảy ra, khiến việc kiểm tra từng loại trong phòng thí nghiệm là điều gần như không thể.

Theo giới thiệu, Google DeepMind trước đó đã ra mắt mô hình AI AlphaGenome, có khả năng dự đoán tác động của các biến thể gen đối với các quá trình sinh học, được sử dụng để phân tích các biến thể cụ thể và ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu. Lần này, thông qua việc tính toán trước quy mô lớn các kết quả dự đoán của AlphaGenome, họ đã xây dựng một kho dữ liệu toàn cảnh bao phủ các biến thể trên toàn bộ bộ gen, giống như một tập bản đồ tổng hợp thông tin địa lý, vẽ nên bản đồ tác động phân tử của các biến thể DNA trên toàn bộ bộ gen.

Để giúp các nhà khoa học nhanh chóng tìm ra những thay đổi di truyền có tác động lớn nhất, Google đồng thời phát hành điểm số AlphaGenome Variant Impact (AVI). Điểm số này kết hợp ưu thế dự đoán của cả AlphaGenome và AlphaMissense (chú thích của IT: mô hình của Google dùng để dự đoán tác động của các biến thể DNA làm thay đổi protein), cô đọng kết quả dự đoán của hai mô hình thành một giá trị duy nhất. Nhờ đó, các nhà nghiên cứu có thể nhanh chóng sắp xếp thứ tự các biến thể, đồng thời giải mã tác động phân tử của chúng.

AlphaGenome Atlas là một tập dữ liệu có quy mô lên tới 1 PB, lớn hơn gấp 30 lần so với cơ sở dữ liệu AlphaFold. Nền tảng này cung cấp nhiều tài nguyên liên kết với nhau:

Dự đoán tác động phân tử: Mỗi biến thể chứa hàng nghìn dự đoán tác động phân tử, bao phủ nhiều khía cạnh quan trọng của điều hòa gen, trên hàng trăm loại tế bào và mô của người và chuột.

Điểm số AVI: Một giá trị duy nhất mô tả tác động của mỗi biến thể di truyền.

Quy gán đặc trưng AVI: Mỗi điểm số AVI đều được liên kết với các đặc trưng sinh học cụ thể thúc đẩy kết quả đó, chẳng hạn như các khía cạnh điều hòa gen do AlphaGenome dự đoán hoặc điểm số tác động protein của AlphaMissense.

Motif trình tự DNA: Bao gồm bộ sưu tập đầy đủ hơn 2.500 trình tự DNA lặp lại ("từ vựng" của bộ gen) và vị trí của chúng.

Điểm số AVI áp dụng cho cả vùng mã hóa (chiếm 2% bộ gen, chịu trách nhiệm mã hóa protein) và vùng không mã hóa (chiếm 98% bộ gen, chịu trách nhiệm điều phối hoạt động của gen, chứa phần lớn các biến thể liên quan đến tính trạng), giúp các nhà nghiên cứu nhanh chóng chấm điểm và sắp xếp các biến thể dựa trên tác động tiềm tàng. Các thử nghiệm cho thấy điểm số AVI thể hiện hiệu suất hàng đầu trong nhiều bài kiểm tra chuẩn về tính gây bệnh của biến thể và các bệnh hiếm gặp.

Hiện nay, các nhóm nghiên cứu hợp tác bên ngoài đã đạt được nhiều kết quả thực tế nhờ AlphaGenome Atlas: Trong nghiên cứu về bệnh hiếm gặp, nhóm nghiên cứu tại Viện Broad đã sử dụng điểm số AVI để sàng lọc các biến thể và phát hiện ra biến thể gen DNM1 liên quan mật thiết đến bệnh não động kinh vốn trước đây bị bỏ qua, kết quả dự đoán này đã được xác nhận qua thực nghiệm. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Exeter đã phân tích dữ liệu bộ gen của hơn 54.000 người tham gia trong Ngân hàng sinh học Vương quốc Anh (UK Biobank), thông qua AlphaGenome Atlas đã phát hiện thêm 22% các liên kết gen không mã hóa, định vị chính xác các biến thể cụ thể điều hòa mức độ protein quan trọng.

AlphaGenome Atlas bắt đầu mở cửa cho nghiên cứu học thuật từ hôm nay thông qua cổng thông tin và AlphaGenome API, đồng thời cũng có thể được sử dụng như một kỹ năng (skill) trong Google Antigravity. Nghiên cứu phi thương mại được truy cập miễn phí, và quyền sử dụng thương mại sẽ được mở trên Google Cloud trong thời gian tới.