Newsy

Uczenie maszynowe pozwoli analizować DNA nawet 30 razy szybciej. Możliwe będzie badanie rzadkich komórek, np. rakowych, dotychczas niemożliwych do przebadania [DEPESZA]

2021-03-11  |  06:00
Wszystkie newsy

Naukowcy z Nvidii oraz Wydziału Komórek Macierzystych i Biologii Regeneracyjnej Uniwersytetu Harvarda opracowali AtacWorks, narzędzie służące do odszumiania danych uzyskanych z sekwencjonowania DNA. Opiera się ono na współdziałaniu uczenia maszynowego i pracy procesorów graficznych GPU. Dzięki niemu analiza próbek może się odbywać nawet trzydziestokrotnie szybciej niż z użyciem tradycyjnych metod. Odkrycie może oznaczać przełom we wczesnym wykrywaniu raka i chorób genetycznych.

– Za pomocą AtacWorks jesteśmy w stanie przeprowadzić na pojedynczych komórkach eksperymenty, które zazwyczaj wymagałyby 10 razy większej liczby komórek – wskazuje Jason Buenrostro, adiunkt na Uniwersytecie Harvarda, twórca metody ATAC-seq i współautor artykułu w prestiżowym piśmie „Nature”.

Rozwiązanie opisane przez inżynierów Nvidii i naukowców Uniwersytetu Harvarda w „Nature” opiera się na technice ATAC-seq, służącej analizie DNA opartej na badaniu chromatyny w pojedynczych komórkach. Dzięki niej możliwe jest znajdowanie otwartych obszarów w genomie zdrowych i chorych komórek, co może stanowić punkt wyjścia np. w opracowywaniu nowych leków. Standardowo zastosowanie procedury ATAC-seq wymaga dostarczenia dziesiątek tysięcy komórek do przygotowania preparatu, z którego można wyizolować niezaszumiony sygnał. Jest to kłopotliwe w momencie, gdy badaniu trzeba poddać komórki rzadkie, takie jak komórki macierzyste.

Narzędzie AtacWorks pozwala na wykorzystanie w takim samym badaniu zaledwie kilkudziesięciu komórek.

– Odszumienie niskiej jakości danych z sekwencjonowania za pomocą głębokiego uczenia maszynowego wspieranego przez procesory graficzne GPU może mieć ogromny wpływ na naszą zdolność do badania zmian epigenetycznych związanych z rozwojem i chorobami komórek rzadkich – wskazuje Jason Buenrostro.

AtacWorks jest konwolucyjną siecią neuronową przeszkoloną na parach zestawów danych Atac-seq, z których jedne były dobrej jakości, a drugie zaszumione. Wykorzystanie do jej pracy procesorów graficznych NVIDIA Tensor Core umożliwiło przeprowadzenie w zaledwie pół godziny analizy, która normalnie zajęłaby 15 godzin. Co więcej, dostarczone do analizy dane zawierały pięćdziesięciokrotnie mniej odczytów.

– W przypadku bardzo rzadkich typów komórek nie jest możliwe badanie różnic w ich DNA przy użyciu istniejących metod – podkreśla Avantika Lal, badaczka z firmy NVIDIA, główna autorka artykułu w „Nature”. – AtacWorks może nie tylko pomóc obniżyć koszty gromadzenia danych o dostępności chromatyny, lecz także otworzyć nowe możliwości w odkrywaniu nowych leków i diagnostyce.

Dzięki temu rozwiązaniu będzie można identyfikować określone mutacje lub biomarkery, które zwiększają podatność ludzi na choroby, takie jak m.in. choroba Alzheimera, choroby serca czy nowotwory. Może też znacznie ułatwić opracowywanie nowych leków. Naukowcy zastosowali AtacWorks do analizy komórek macierzystych, wytwarzając rzadkie podtypy czerwonych i białych krwinek. Przy tradycyjnych metodach badań ich analiza byłaby niemożliwa.

Z raportu InsightAce Analytic wynika, że światowy rynek sztucznej inteligencji w genomice był w 2019 roku wyceniany na 142,5 mln dol. Do 2028 roku tempo wzrostu utrzyma się na średniorocznym poziomie równym 39 proc. aż do osiągnięcia wyceny na poziomie 2,76 mld dol. 

Czytaj także

Kalendarium

Więcej ważnych informacji

Jedynka Newserii

Handel

Piwo bezalkoholowe stanowi już 6,5 proc. sprzedaży browarów. Konsumenci świadomie ograniczają spożycie alkoholu

W 2024 roku polscy konsumenci kupowali ponad 1 mln butelek i puszek piwa 0,0% dziennie. Przez ostatnią dekadę rynek tych piw urósł pod względem wolumenu 10-krotnie. Branża inwestuje w innowacje w segmencie piw bezalkoholowych, wzmacniając nie tylko smak, ale również ich wartości odżywcze. Piwa 0,0% wpisują się w coraz popularniejszy, zwłaszcza wśród młodszego pokolenia, trend NoLo (no alcohol low alcohol), co może okazać się furtką do ograniczenia konsumpcji alkoholu.

Transport

Ataki cybernetyczne na kolej stają się coraz częstsze. Hakerzy zwykle chcą doprowadzić do paraliżu

W pierwszym kwartale tego roku hakerzy zaatakowali systemy sprzedaży biletów w polskiej i ukraińskiej kolei. Zagrożenia wiążą się jednak również z atakami na systemy zasilania i zarządzania ruchem. Wszystkie tego typu zdarzenia mają jeden cel – mniejszy lub większy paraliż transportu kolejowego, co w obecnej sytuacji geopolitycznej przekłada się na bezpieczeństwo strategiczne. W wielu przypadkach wciąż najsłabszym ogniwem jest człowiek – albo dlatego, że nienależycie chroni hasła i dostęp do urządzeń, albo dlatego, że nadane mu uprawnienia są nieadekwatnie szerokie w stosunku do realnych potrzeb.

Edukacja

Polska nauka potrzebuje różnych źródeł finansowania. Trwają rozmowy o zmianach w systemie

– Finansowanie polskiej nauki wymaga zmian, ale do tego potrzeba politycznej woli i odwagi – ocenia prof. dr hab. Grzegorz Mazurek, rektor Akademii Leona Koźmińskiego. Wśród propozycji wymienia stworzenie systemu zachęt dla biznesu do inwestowania w naukę i edukację, wyznaczenie strategicznych obszarów badań, na które będą trafiały fundusze, czy rozliczanie instytucji naukowych z wykorzystania publicznych pieniędzy. W ramach cyklu „Porozmawiajmy o polskiej nauce” MNiSW w ostatnich miesiącach prowadzi konsultacje ze środowiskiem akademickim i badawczym na temat stojących przed sektorem wyzwań i możliwych do wdrożenia rozwiązań, nie tylko dotyczących finansowania.

Szkolenia

Akademia Newserii

Akademia Newserii to projekt, w ramach którego najlepsi polscy dziennikarze biznesowi, giełdowi oraz lifestylowi, a  także szkoleniowcy z wieloletnim doświadczeniem dzielą się swoją wiedzą nt. pracy z mediami.