Un instrument AI compară 125 de tipuri de celule de-a lungul a 700 de milioane de ani de evoluție
O echipă condusă de Universitatea de Știință și Tehnologie King Abdullah (KAUST) a dezvoltat instrumentul AI numit Unify, care îi ajută pe oamenii de știință să compare tipuri similare de celule între specii îndepărtate. Această comparație poate ajuta cercetătorii să evalueze care dintre descoperirile din studiile pe animale pot fi cele mai relevante pentru sănătatea umană. Studiul lor este publicat în revista Nature Communications.
Oamenii de știință compară adesea celulele folosind secvențierea ARN la nivel de celulă unică, care arată ce gene sunt active în fiecare celulă. Atunci când este efectuată la nivelul întregului organism, această informație poate fi folosită pentru a construi un „arbore celular”, care cartografiază diferitele tipuri de celule și activitatea lor. Cu toate acestea, majoritatea instrumentelor de comparare se bazează pe potriviri directe genă-cu-genă. Aceste potriviri devin tot mai greu de găsit pe măsură ce speciile diverg în timp, ceea ce înseamnă că asemănări biologice importante (de exemplu, între celulele imunitare la oameni și șoareci, sau neuronii la pești și muște) pot fi ratate.
Dincolo de potrivirile genice
Pentru a depăși aceste limitări, Unify compară funcțiile pe care le îndeplinesc genele. Acolo unde metodele convenționale seamănă cu dicționare care caută traduceri cuvânt-cu-cuvânt, acest instrument caută sensul biologic comun.
„Unify lucrează cu modele AI care analizează secvențe de proteine și descrieri științifice ale funcțiilor genelor”, explică Huawen Zhong, autor principal și biolog computațional la KAUST. „Genele cu anumite asemănări sunt grupate în unități numite «macrogene». Acest lucru permite lui Unify să recunoască celulele care îndeplinesc funcții similare, chiar și atunci când genele lor individuale nu se mai potrivesc.”
Testarea asemănărilor între specii
Unify a reconstruit relațiile dintre 125 de tipuri de celule provenind de la șapte specii separate de peste 700 de milioane de ani. A distins între gene identice, gene similare care au evoluat către noi funcții și gene diferite care au evoluat independent pentru a îndeplini aceeași funcție.
Analizând celulele imunitare la multiple specii, Unify a identificat tactici de apărare comune care ar fi greu de detectat folosind metode limitate la compararea directă a genelor. Într-un alt experiment, a prezis răspunsul celulelor sanguine umane la o anumită proteină de semnalizare imunitară, pe baza răspunsului celulelor imunitare din ganglionii limfatici ai șoarecelui. La nivelul tuturor genelor, predicțiile lui Unify au fost mai precise decât cele ale metodelor existente.
Extinderea tabloului biologic
Echipa de la KAUST extinde acum Unify pentru a include informații despre reglarea genelor și poziția celulelor în cadrul țesuturilor. Aceste completări le vor oferi cercetătorilor o imagine mai completă a principiilor biologice comune vieții, sprijinind progrese suplimentare în cercetarea sănătății umane.
Combinând cunoștințele biologice cu inteligența artificială, Unify poate identifica tipare la o scară la care cercetătorii ar avea nevoie de mult mai mult timp pentru a le găsi prin comparații genă-cu-genă. Impactul său este rezumat de Manuel Aranda, profesor de științe marine la KAUST: „O mare parte din ceea ce știm despre biologia umană provine din studierea animalelor precum șoarecii, dar nu este întotdeauna clar care descoperiri se transferă. Unify ne ajută să identificăm care descoperiri din organismele model sunt cel mai probabil relevante pentru oameni, astfel încât cercetarea să poată fi concentrată acolo unde este cea mai utilă pentru înțelegerea sănătății și bolilor umane.”
