МОСКВА, 4 июня. Ученые из Сколтеха совершили открытие, способное коренным образом изменить подход к изучению генома и разработке новых лекарств. Они адаптировали генеративный искусственный интеллект — технологию, известную по созданию изображений, — для решения фундаментальной биологической задачи: точного определения трехмерной архитектуры ДНК.
В чем суть открытия?
Генетический код в ядре нашей клетки — это не просто линейная цепочка, а сложная трехмерная структура. Положение генов относительно друг друга в пространстве critically важно для понимания их функций и разработки методов лечения наследственных заболеваний. Экспериментальные методы, такие как флуоресцентная микроскопия (FISH), позволяют измерить расстояния между некоторыми генами, но оставляют огромные «белые пятна» в данных, так как пометить можно далеко не каждый участок.
«Если узнать расстояния между достаточным количеством пар генов, поиск расстояний между остальными парами становится математической задачей с конкретным решением. Мы впервые показали, что такие задачи могут решать генеративные модели, что является нетипичной сферой для их применения», — пояснил старший преподаватель Сколтеха Кирилл Половников.
Как работает «художественный» ИИ в генетике?
Исследователи использовали принцип, аналогичный дорисовке незаконченных картин или расширению эскизов. Они обучили несколько генеративных моделей ИИ (включая DDPM, DDRM и DDNM) на основе неполных экспериментальных данных, чтобы алгоритмы научились «предсказывать» и восстанавливать недостающие расстояния между генами с высочайшей точностью.
Блестящие результаты и будущее
Эффективность технологии проверили на хорошо изученном участке 21-й хромосомы человека. После искусственного удаления части данных алгоритм, в частности модель DDRM, не только успешно восстановил пропуски, но и превзошел по точности традиционные биоинформатические методы.
Это открытие открывает путь к качественному ускорению в изучении структуры хромосом, что напрямую повлияет на скорость и эффективность разработки новых препаратов и диагностических инструментов для широкого спектра генетических заболеваний.