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新人工智能模型可精確預(yù)測人體細(xì)胞基因表達(dá)

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2025-01-14     來源:新華網(wǎng)     瀏覽次數(shù):132
核心提示:美國研究人員開發(fā)出一個新的人工智能模型“通用表達(dá)轉(zhuǎn)換器”(GET),經(jīng)過大量數(shù)據(jù)的訓(xùn)練后,該模型能精確預(yù)測各種人體細(xì)胞內(nèi)部的基因表達(dá)情況,將為生物和醫(yī)學(xué)研究帶來便利。

新華社紐約111日電 美國研究人員開發(fā)出一個新的人工智能模型,經(jīng)過大量數(shù)據(jù)的訓(xùn)練后,該模型能精確預(yù)測各種人體細(xì)胞內(nèi)部的基因表達(dá)情況,將為生物和醫(yī)學(xué)研究帶來便利。

 

這個名為“通用表達(dá)轉(zhuǎn)換器”(GET)的模型由美國哥倫比亞大學(xué)和卡內(nèi)基-梅隆大學(xué)等機構(gòu)研究人員聯(lián)合開發(fā),其準(zhǔn)確性和有效性已得到實驗驗證,論文發(fā)表在新一期英國《自然》雜志上。

 

在基因表達(dá)過程中,以DNA形式儲存的基因“藍(lán)圖”轉(zhuǎn)錄成為RNA形式的“抄本”,后者指導(dǎo)合成出蛋白質(zhì),執(zhí)行具體的生理功能。參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控的生物分子種類繁多,相互作用極為復(fù)雜,此前相關(guān)預(yù)測模型局限于幾種特定的細(xì)胞,尤其是癌細(xì)胞,缺乏適用于人體多種細(xì)胞類型的通用工具。

 

研究人員根據(jù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控機制的特點設(shè)計出機器學(xué)習(xí)模型,然后用來自1.3萬個人體細(xì)胞的基因測序和表達(dá)數(shù)據(jù)對其進行訓(xùn)練。這些細(xì)胞涵蓋213種人類胚胎細(xì)胞和成體細(xì)胞,都來自沒有病變的正常人體組織。

 

就像ChatGPT等人工智能工具能根據(jù)大量語料總結(jié)出通用語法規(guī)則,GET模型也能從訓(xùn)練數(shù)據(jù)中總結(jié)出關(guān)于轉(zhuǎn)錄調(diào)控的“語法”,在此基礎(chǔ)上能對其沒有接觸過的細(xì)胞類型進行基因表達(dá)預(yù)測。

 

該模型可用于揭示致病基因的作用機制,指導(dǎo)癌癥和遺傳疾病研究。例如某種兒童白血病的患者攜帶一個功能不明的變異基因,GET模型預(yù)測該基因會擾亂細(xì)胞中兩種轉(zhuǎn)錄因子的相互作用,實驗數(shù)據(jù)證實了這一結(jié)論。

 

研究人員說,該模型還可用于探尋基因組中“暗物質(zhì)”的作用。蛋白質(zhì)編碼基因序列只占人類基因組的一小部分,占比達(dá)98%的非編碼區(qū)域就像宇宙中的暗物質(zhì)一樣,其屬性和功能目前難以捉摸。


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