DeepMind绘制“基因新图谱”：含盖人类全部90亿种基因突变！

在人类基因组的大约30亿个碱基对中，只有2%用于编码蛋白质，其余部分难解至极。近日，谷歌DeepMind发布了一份由人工智能生成的人类基因组图谱——AlphaGenome图谱，旨在帮助科学家解读我们的生物密码。该图谱预测了人类基因组中全部约90亿种单字母突变可能带来的影响，并免费向非商业用途开放。

人类基因组中最常见的变异类型之一，是单个DNA核苷酸或字母的改变。这些替换会导致个体间在疾病风险等诸多方面的差异，其中一些罕见的单字母变化甚至可以直接引发疾病。AlphaGenome图谱基于DeepMind去年在伦敦发布的AlphaGenome AI模型生成预测，覆盖了人类基因组中每一个DNA碱基的三种可能核苷酸替换，相当于一拍字节的数据量。此外，该图谱还收录了人类基因组中超过1亿个短片段的插入或缺失事件。这项工作受到DeepMind的AlphaFold蛋白质结构预测数据库的启发，该数据库包含超过2亿条蛋白质结构预测结果，据该公司称已有数百万用户访问过。

研究人员表示，该工具有望帮助研究者在遗传变异与罕见的、病因不明的疾病之间建立关联，并揭示常见疾病与生物性状背后的潜在机制。它甚至可能揭示出DNA序列调控基因活性的一些基本规律。然而，柏林马克斯·德尔布吕克分子医学中心的生物信息学家马丁·基尔希勒提醒，这并不会取代实验，也不会在疾病诊断领域考虑个体特有的差异。他认为，这是一种有益且慷慨的方式，能够扩大对强大模型的访问范围。

自AlphaGenome发布以来，约有9000名研究人员通过自动化编程接口获取了该模型的预测结果。但DeepMind产品经理Dhavi Hariharan指出，这需要编写软件代码，对部分生物学家而言是一道门槛。为了构建AlphaGenome图谱，DeepMind消除了这一障碍。AlphaGenome团队负责人日加·阿夫塞克表示：“一旦消除了障碍，人们就会更渴望深入探索。即时访问让人感觉仿佛魔法一般。”

该图谱与AlphaGenome一样，提供了数千条关于变异潜在效应的预测，涵盖从其对邻近基因表达组织的影响，到被称为染色质的DNA折叠结构的形态等各个方面。然而，Hariharan表示，API用户一再提出的需求就是简洁性：“您能否提供一个单一的评分，让我能够判断——我是否应该关注这个变异，还是需要进一步深入研究？”针对该图谱，Avsec团队开发了一项用于评估变异预测生物学效应的指标——AlphaGenome变异影响评分

DeepMind与学术研究者在9月9日发布的预印本中报告称，这一数值能够在临床基因组学数据库中可靠地区分致病性突变与无害性改变。此外，该图谱中的AVI评分及其他预测结果还帮助位于马萨诸塞州剑桥市的麻省理工学院与哈佛大学布罗德研究所的一个研究团队，将一个非编码变异优先列为某位患者严重癫痫的可能致病因素。

研究人员以图谱预测为参考，在人类基因组中绘制了数千个DNA基序的分布图，并据此推断这些基序在不同细胞类型中可能发挥的功能——无论是激活基因、抑制基因，还是改变DNA的可及性。“这项研究为我们提供了一部可用于检索非编码DNA的词典，”密苏里州堪萨斯城斯托沃斯医学研究所的分子生物学家、预印本共同作者朱莉娅·蔡特林格在新闻发布会上表示。该图谱展现出巨大潜力，但研究者普遍认为，它是对实验研究的有力补充，而非替代。热门微博 科学新闻 人类基因组 哈勃观察员