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

Więcej ważnych informacji

Jedynka Newserii

Jedynka Newserii

Kosmos i lotnictwo

Trwają prace nad poszukiwaniem pozaziemskiej inteligencji. Według ekspertów odkrywane co jakiś czas dowody obecności obcych na Ziemi, takie jak UFO, są bezpodstawne

Naukowcy potwierdzili istnienie ponad 4 tys. egzoplanet krążących wokół innych gwiazd w naszej galaktyce. Prawdopodobnie jednak mogą być ich nawet biliony. Jednym z najlepszych narzędzi, jakich naukowcy potrzebują, aby zawęzić poszukiwania światów nadających się do zamieszkania, jest koncepcja „strefy nadającej się do zamieszkania”. Dzięki nowym teleskopom szanse na znalezienie pozaziemskiego życia rosną, choć dotąd żaden nie uwiecznił śladów pozaziemskiej cywilizacji. Potwierdzenie jej istnienia mogłoby być przełomem dla ludzkości, jednak jak dotąd wszelkie rzekome znaki pozostawione przez obcą cywilizację się nie potwierdziły. – UFO nie mają nic wspólnego ze statkami obcych – mówi dr Piotr Witek z Planetarium Centrum Nauki Kopernik.

Robotyka i SI

Sztuczna inteligencja może moderować wpisy zawierające przemoc jeszcze przed ich publikacją. W przyszłości pozwoli zapobiegać czynom pedofilskim czy agitacji terrorystów

Algorytmy sztucznej inteligencji są już w stanie wykrywać agresywne zachowania w sieci z 97-proc. skutecznością. Pozwala na to sztuczna inteligencja trzeciej fali, która polega na integracji uczenia maszynowego z ingerencją człowieka w schemat działania. Dotychczas SI również wykrywała niebezpieczne zachowania, lecz tylko z 50-proc. skutecznością, więc każdy wysyłany przez nią alert musiał być zatwierdzony przez człowieka. Nowe podejście do budowania algorytmów pomoże nie tylko zapobiegać agresji słownej w sieci, ale również ostrzegać przed możliwą próbą samobójczą, a także działaniem pedofila czy terrorysty.