[ad_1]
Genomika rewolucjonizuje medycynę i naukę, ale obecne podejścia wciąż mają trudności z uchwyceniem szerokiego zakresu ludzkiej różnorodności genetycznej. Pangenomy, które zawierają DNA wielu ludzi, mogą być odpowiedzią, a nowy projekt uważa, że komputery kwantowe będą kluczowym czynnikiem umożliwiającym.
Kiedy Human Genome Project opublikował swój pierwszy genom referencyjny w 2001 roku, opierał się on na DNA zaledwie garstki ludzi. Podczas gdy mniej niż jeden procent naszego DNA różni się w zależności od osoby, może to nadal pozostawiać istotne luki i ograniczać to, czego możemy się dowiedzieć z analiz genomowych.
Dlatego koncepcja pangenomu staje się coraz bardziej popularna. Odnosi się to do zbioru sekwencji genomowych od wielu różnych osób, które zostały połączone w celu pokrycia znacznie większego zakresu ludzkich możliwości genetycznych.
Złożenie tych pangenomów jest jednak trudne, a ich rozmiar i złożoność sprawiają, że przeprowadzanie na nich analiz obliczeniowych jest zniechęcające. Dlatego też Uniwersytet Cambridge, Wellcome Sanger Institute i Europejski Instytut Bioinformatyki Europejskiego Laboratorium Biologii Molekularnej połączyły siły, aby sprawdzić, czy komputery kwantowe mogą pomóc.
„Dopiero co zarysowaliśmy powierzchnię zarówno obliczeń kwantowych, jak i pangenomiki” – powiedział David Holland z Wellcome Sanger Institute. powiedział w komunikacie prasowym. „Połączenie tych dwóch światów jest niezwykle ekscytujące. Nie wiemy dokładnie, co nadejdzie, ale widzimy ogromne szanse na nowe, znaczące postępy”.
Pangenomy mogą być kluczowe dla odkrycia w jaki sposób różne warianty genetyczne wpływają na biologię człowieka lub innych gatunków. Obecny genom referencyjny jest wykorzystywany jako przewodnik do składania sekwencji genetycznych, ale ze względu na zmienność ludzkich genomów często istnieją znaczne fragmenty DNA, które nie pasują do siebie. Pangenom uchwyciłby znacznie więcej tej różnorodności, ułatwiając łączenie kropek i dając nam pełniejszy obraz możliwych ludzkich genomów.
Pomimo swojej mocy, pangenomy są trudne w pracy. Podczas gdy genom pojedynczej osoby jest tylko liniową sekwencją danych genetycznych, pangenom jest złożoną siecią, która próbuje uchwycić wszystkie sposoby, w jakie jego genomy składowe nakładają się na siebie.
Te tak zwane „grafy sekwencji” są trudne do skonstruowania, a jeszcze trudniejsze do przeanalizowania. Wykorzystanie zawartej w nich bogatej reprezentacji ludzkiej różnorodności będzie wymagało dużej mocy obliczeniowej i nowatorskich technik.
To właśnie w tym nowym projekcie komputery kwantowe mają pomóc. Opierając się na dziwactwach mechaniki kwantowej, mogą one rozwiązywać pewne problemy obliczeniowe, które są prawie niemożliwe dla klasycznych komputerów.
Podczas gdy nadal istnieje znaczna niepewność co do tego, jakie rodzaje obliczeń komputery kwantowe będą w stanie wykonać, wielu ma nadzieję, że znacznie poprawią one naszą zdolność do rozwiązywania problemów związanych ze złożonymi systemami o dużej liczbie zmiennych. Nowy projekt ma na celu opracowanie algorytmów kwantowych, które przyspieszą zarówno produkcję, jak i analizę pangenomów, choć naukowcy przyznają, że to dopiero początek.
„Zaczynamy od zera, ponieważ nie wiemy jeszcze, jak reprezentować pangenom w środowisku obliczeń kwantowych” – powiedział w komunikacie prasowym David Yuan z Europejskiego Instytutu Bioinformatyki. „Jeśli porównamy to do pierwszego lądowania na Księżycu, ten projekt jest odpowiednikiem projektowania rakiety i szkolenia astronautów”.
Projekt otrzymał 3,5 miliona dolarów, które zostaną wykorzystane do opracowania nowych algorytmów, a następnie przetestowania ich na symulowanym sprzęcie kwantowym przy użyciu superkomputerów. Naukowcy uważają, że opracowane przez nich narzędzia mogą doprowadzić do znaczących przełomów w medycynie spersonalizowanej. Mogłyby one również zostać zastosowane do pangenomów wirusów i bakterii, poprawiając naszą zdolność do śledzenia i zarządzania epidemiami chorób.
Biorąc pod uwagę jego odkrywczy charakter i trudność skłonienia komputerów kwantowych do zrobienia czegokolwiek praktycznego, może minąć trochę czasu, zanim projekt przyniesie owoce. Jeśli jednak się powiedzie, naukowcy mogą znacznie rozszerzyć naszą zdolność do zrozumienia genów, które kształtują nasze życie.
Image Credit: Gerd Altmann / Pixabay
[ad_2]