AlphaGenome 2 находит 30% причинных мутаций болезней по типам клеток
Google DeepMind представила AlphaGenome 2 — модель искусственного интеллекта, которая определяет, как генетические изменения влияют на конкретные типы клеток человека. В тестах на иммунных клетках она нашла 30% причинных генетических вариантов, тогда как предыдущая версия — 16%.
Все клетки содержат почти одинаковую ДНК, но используют разные её участки, поэтому одна мутация может действовать по-разному в зависимости от типа клетки. Первая AlphaGenome анализировала последовательности длиной до 1 млн нуклеотидов сразу для многих тканей, что мешало различать близкие типы клеток.
Новая модель дополнительно получает данные о состоянии конкретной клетки и рассчитывает эффекты именно для него. При обучении использовали более 107 млн индивидуальных профилей клеток из 68 типов тканей человека и мышей; модель прогнозирует активность генов, упаковку ДНК и метилирование, а также может восстанавливать недостающие характеристики клетки по отдельным измерениям.
В тесте TenK10K на 28 типах первичных иммунных клеток AlphaGenome 2 определила 30% причинных вариантов и в 43% случаев верно предсказала, усиливает или подавляет вариант активность гена. Доработанная предыдущая AlphaGenome дала 16% и 23% соответственно; новая модель также точнее описывала созревание стволовых клеток крови в эритроциты.
Отдельно модель проверили на механизме воспалительного заболевания кишечника, описанном в работе в Nature. AlphaGenome 2 выделила вариант ДНК в регуляторном участке вдали от гена, который избирательно усиливает активность ETS2 в кишечных макрофагах, почти не затрагивая другие клетки и гены.
Модель умеет анализировать и состояния клеток, на которых напрямую не обучалась: по данным активности генов нескольких десятков клеток она адаптирует прогнозы без дополнительного обучения. На данных исследования мРНК-вакцины против COVID-19 она отличила активированные Т-клетки от покоящихся и показала, что связанный с тяжёлым течением COVID-19 вариант нарушает активность в основном после активации Т-клеток.
AlphaGenome 2 может помочь в анализе GWAS — исследований, связывающих участки генома с риском заболеваний, — сужая поиск с широкой области ДНК до отдельных вариантов и конкретных клеток. Модель доступна через API для некоммерческих научных исследований, коммерческим пользователям — в закрытом предварительном доступе; для клинической диагностики она не предназначена.