«الذكاء الاصطناعي» يتفوّق في التنبؤ بنشاط الجينات داخل الخلية

تمكن باحثون في جامعة كولومبيا الأميركية من تطوير طريقة جديدة باستخدام الذكاء الاصطناعي للتنبؤ بنشاط الجينات داخل أي خلية بشرية بدقة.

وأفادت الدراسة التي نشرت في دورية “نيتشر” بأن الطريقة الجديدة ربما تساهم في تحويل طريقة عمل العلماء لفهم الأمراض من السرطان إلى الأمراض الوراثية.

وتسمح الطريقة الجديدة بالكشف عن العمليات البيولوجية بطريقة سريعة ودقيقة؛ ويمكن لهذه الأساليب إجراء تجارب حسابية واسعة النطاق بشكل فعال، وتعزيز وإرشاد الأساليب التجريبية التقليدية.

وتوقع الباحثون أن تؤدي إمكانية التنبؤ بأنشطة الخلايا بدقة، إلى تحول كبير في فهم العمليات البيولوجية الأساسية، ما يجعل البيولوجيا تتحول من علم يصف العمليات العشوائية، إلى علم قادر على التنبؤ بالأنظمة الكامنة وراء سلوك الخلايا.

وعمل الباحثون على تدريب نموذج تعلم آلي للتنبؤ بالجينات النشطة داخل خلايا بشرية محددة، والذي يوفر مجموعة من البيانات بشأن التعبير الجيني عن هوية الخلية وكيفية أداء وظائفها.

وسبق أن درب الباحثون النماذج السابقة على بيانات من خلايا معينة، مثل خطوط الخلايا السرطانية، وهي ليست ممثلة بشكل دقيق للخلايا الطبيعية.

وفي الدراسة الجديدة؛ اتبع الباحثون نهجاً مختلفاً، إذ دربوا نموذج التعلم الآلي باستخدام بيانات التعبير الجيني من ملايين الخلايا التي حصلوا عليها من الأنسجة البشرية الطبيعية. تضمنت المدخلات تسلسل الجينوم وبيانات تبين أي أجزاء من الجينوم يمكن الوصول إليها والتعبير عنها.

وتشبه هذه الطريقة تماماً الطريقة التي تعمل بها أنظمة مثل “تشات جي تي بيChatGPT” وجرى استخدام مجموعة من بيانات التدريب لاكتشاف القواعد الأساسية ومن ثم تطبيق القواعد على حالات جديدة.

وعند تدريب النظام على بيانات من أكثر من 1.3 مليون خلية بشرية، أصبح النموذج دقيقاً بما يكفي للتنبؤ بنشاط الجينات في أنواع الخلايا التي لم يسبق له أن رآها، محققاً نتائج تطابقت بشكل وثيق مع البيانات التجريبية.

واكتشف الباحثون قوة نظام الذكاء الاصطناعي عندما طلبوا منه الكشف عن جوانب بيولوجية خفية في الخلايا المريضة، مثل السرطان الوراثي لدى الأطفال.

وباستخدام الذكاء الاصطناعي، تمكن الباحثون من التنبؤ بأن الطفرات تعطل التفاعل بين عاملين نسخيين مختلفين يحددان مصير الخلايا اللوكيمية، وأكد التجريب المختبري صحة هذا التنبؤ.

ويسهم فهم تأثير هذه الطفرات في الكشف عن آليات محددة تقود هذا المرض. ويمكن للأساليب الحسابية الجديدة أن تساعد الباحثين في استكشاف دور “المادة المظلمة” في الجينوم، وهي عبارة عن الجزء الأكبر من الجينوم الذي لا يشفر الجينات المعروفة.

ويقول الباحثون إن الغالبية العظمى من الطفرات التي تحدث في مرضى السرطان تقع في ما يسمى بالمناطق المظلمة من الجينوم، وهي طفرات لا تؤثر على وظيفة البروتينات ولم تُستكشف كثيراً. ويعمل الباحثون حالياً على استكشاف أنواع مختلفة من السرطان، من الدماغي إلى السرطان الدموي، وفهم كيفية تغير الخلايا في عملية تطور السرطان.