توالی یابی ژنوم تمام گونه های زنده روی زمین با هوش مصنوعی
به گزارش توسعه نرم افزار، یک طرح بلندپروازانه برای تعیین توالی ژنوم ۱.۸۵ میلیون گونه یوکاریوتی در سیاره ما در حال انجام می باشد. این یک اقدام عظیم است که درک ما را از زیست شناسی به طرز قابل ملاحظه ای می افزاید و تلاش ها برای حفاظت و احیای تنوع زیستی را ممکن می کند.
به گزارش توسعه نرم افزار به نقل از ایسنا، هوش مصنوعی با توانمندسازی ابزارها برای نه فقط ثبت و لیست بندی داده ها از دی ان ای، بلکه اطمینان از صحت و عاری بودن آنها از خطا در میلیاردها میلیارد واحد سازنده، این روند را کمی سرعت می بخشد.
به نقل از نیواطلس، تلاشی که در مورد آن صحبت می شود، پروژه زیست ژنوم زمین (EBP) نام دارد؛ یک برنامه مشارکتی برای لیست بندی ژنوم های تمام گونه های فعلی زمین در طول یک دهه. این پروژه در سال ۲۰۱۸ شروع شد و انتظار می رود در مجموع نزدیک به پنج میلیارد دلار آمریکا هزینه داشته باشد. این پروژه شامل بالاتر از ۶۰ پروژه جهانی وابسته برای ثبت و توالی یابی ژنوم ها است و تا حالا داده هایی را برای ۴۳۸۶ گونه عرضه کرده است. این داده ها شامل پستانداران، خزندگان، ماهی ها، پرندگان، حشرات، انواع گیاهان و هر چیزی بین این دو می شود.
این کار خصوصاً از آن جهت حیاتی می باشد که بطور متوسط، هر روز ده ها گونه منقرض می شوند و هنگامی که آنها از بین بروند، ما مجالی برای یادگیری چگونگی زندگی یا تکامل آنها نخواهیم داشت.
پروژه ژنوم زیستی پیشرفتی کوچک در هدف بزرگ خود یعنی تعیین توالی ۱.۸۵ میلیون ژنوم داشته است. اما به خاطر داشته باشید که در چند سال گذشته، فناوری های هوش مصنوعی و اتوماسیون به سرعت پیشرفت کرده اند و می توانند به تسریع تلاشهای آینده کمک کنند. گوگل در حقیقت نقش برجسته ی در این زمینه دارد: بخش تحقیقاتی آن مجموعه ای از ابزارهای هوش مصنوعی را برای مساعدت با سرعت بخشیدن به بخش های مختلف فرایند تعیین توالی توسعه داده است.
نرم افزار مبتنی بر هوش مصنوعی DeepVariant که در سال ۲۰۱۸ انتشار یافت، توالی کامل ژنوم یک فرد را با بهره گیری از داده های ساخته شده توسط ابزارهای مدرن توالی یابی با توان عملیاتی بالا از دی ان ای بطور دقیق بازسازی می کند. دستگاه های توالی یابی با توان عملیاتی بالا که چند دهه است وجود دارند، نسبتا ناقص هستند. آنها فقط میلیاردها قطعه کوتاه دی ان ای را بجای ژنوم کامل تولید می کنند، ازاین رو پردازش این داده ها به یک توالی واحد و دقیق یک چالش بزرگ است.
DeepVariant به یک شبکه عصبی عمیق آموزش دیده اجازه می دهد تا تجسم های خوانش های هم تراز شده را تحلیل و بررسی کند و تعیین کند که آیا اختلاف یک واریانت ژنتیکی واقعی است یا صرفاً یک خطای ابزاری است.
سال جاری، گروه ژنومیک در گوگل ریسرچ از DeepPolisher برای مساعدت با مونتاژ ژنوم رونمایی نمود. گفته می شود که این دستگاه قادر می باشد خطاها در فرایند مونتاژ را تا 50 درصد کم کند و از نادیده گرفتن گونه های بیماری زای ژن ها توسط برنامه های حاشیه نویسی که به داده های خام نگاه می کنند و ژن ها و عملکرد آنها را شناسایی می کنند، پیشگیری کند.
گوگل ریسرچ می گوید با ابزارهایی مانند این می تواند به محققان کمک نماید تا بفهمند چطور می توانند از برخی بیماری ها در گونه های وحشی جلوگیری نمایند و بوسیله مداخلات حساس به گونه های در معرض خطر انقراض کمک کنند.
یک نمونه جذاب از این موضوع، وضعیت اسفناک کاکاپو است. این طوطی بومی نیوزیلند است که نمی تواند پرواز کند و می تواند به سنگین ترین طوطی روی زمین تبدیل گردد و تا ۱۰۰ سال عمر کند. متاسفانه، تنها ۴۹ عدد از این طوطی در سال ۲۰۱۵ شناسایی شده اند.
با داده های ژنومی هر پرنده زنده در این گونه، طرفداران محیط زیست می توانستند ببینند که تنوع ژنتیکی آنها در کجا بیشترین است؛ این برای ممانعت از مشکلاتی که در اثر جفت گیری درون خانواده ای ایجاد می شود، مانند باروری کم و سیستم ایمنی ضعیف، مهم می باشد. سپس آنها این پرندگان را در زیستگاه خود جابجا کردند تا بتوانند تولید مثل کنند و جمعیت خویش را بطور مؤثر به نزدیک به ۲۰۰ پرنده در طول سه نسل گسترش دهند. حالا بالاتر از ۲۵۰ عدد از آنها در سراسر جزایر نیوزیلند وجود دارد.
گروههای درگیر در پروژه توالی یابی، کار سختی برای لیست بندی تقریباً تمام گونه های باقیمانده خواهند داشت تا به هدف خود تا سال ۲۰۲۸ برسند. در عین حال، این کار با کمک اتوماسیون و هوش مصنوعی آسان تر خواهد شد. در صورتیکه تعیین توالی نخستین ژنوم انسان تا سال ۲۰۰۳ یک دهه کامل طول کشید و سه میلیارد دلار هزینه داشت، امروزه می توان آنرا در یک روز و با هزینه تنها ۱۰۰۰ دلار انجام داد.
مطلب توسعه نرم افزار را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط در DevSoft
نظرات بینندگان DevSoft در مورد این مطلب