Sosem látott betegségeket diagnosztizál a mesterséges intelligencia

A kutatók által kifejlesztett mesterséges intelligencia megmondja, hogy az emberi fehérjék egyes mutációi milyen valószínűséggel okoznak betegséget. A modell olyan mutációkkal is működik, amelyeket még senki eddig nem látott élő emberben – írja az Origo.

A popEVE-nek nevezett modell több százezer faj genetikai állományát és az emberi népesség genetikai változatosságát felölelő adatbázisokból táplálkozik. A hatalmas evolúciós adatbázis jóvoltából az algoritmusnak rálátása van arra, hogy a nagyjából 20 ezer emberi fehérje mely részei nélkülözhetetlenek az élethez, és melyek azok, amelyek jobban tolerálják a változást.

Ebből kiindulva a popEVE nemcsak megtalálja a betegségokozó mutációkat, de az általuk okozott defektus súlyossága szerint is rangsorolni tudja őket.

A Harvard Medical School és a barcelonai Genomszabályozási Központ (CRG) kutatóinak tanulmánya jelentős hatással bírhat a genetikai betegségek diagnosztikai gyakorlatára.

Jelenleg a ritka betegségekben szenvedő páciensek fele egész életében nem jut egyértelmű diagnózishoz. A popEVE javíthat ezen az arányon azzal, hogy segít az orvosoknak a legkártékonyabb génváltozatokra fókuszálni. A modell további előnye, hogy a beteg genetikai információján kívül semmilyen más referenciát nem igényel.

„A szülők DNS-e nem mindig hozzáférhető az egészségügyi intézmények számára, és sok páciens egyedül érkezik. A popEVE az ilyen betegekkel foglalkozó orvosoknak is segít a betegségokozó mutáció azonosításában, és erre már tudunk is példát felhozni a genetikai szakrendelésekkel folytatott együttműködéseinkből” – mondta el Mafalda Dias, a CRG kutatója és a tanulmány egyik levelező szerzője.

Az évmilliárdok során az evolúció már megszámlálhatatlanul sok kísérletet folytatott le arra nézve, hogy egy fehérjében mely változások tolerálhatók, és melyek azok, amelyek túlontúl kártékonyak a túléléshez. A gépi algoritmusok sok különböző faj fehérjeszekvenciáinak összevetéséből meg tudják tanulni, melyik aminosavpozíciók kritikus fontosságúak a túlélés szempontjából.

Ebből az alapötletből táplálkozott a kutatók által 2021-ben kibocsátott EVE (Evolutionary model of Variant Effect, vagyis a Variánsok Hatásának Evolúciós Modellje) nevű program, amely evolúciós mintázatok segítségével osztályozta az emberi betegségokozó gének mutációit ártalmatlannak vagy károsnak. Az EVE legalább olyan jól, vagy talán még jobban is működött, mint a laborban végzett kísérleteken alapuló jósló módszerek, ezért a klinikai genetikusok azóta is előszeretettel használják bizonytalan hatású génváltozatok megítélésére.

Az EVE képes által adott pontszámok ugyanakkor nem voltak összevethetők az egyes gének között. Ha találtak egy súlyosnak tűnő variánst valamelyik génben, annak a súlyosságát nem lehetett összevetni egy másik gén variánsaival.

Az EVE modellcsalád legújabb tagja, a popEVE úgy oldja meg ezt a problémát, hogy az evolúciós adatokat két hatalmas emberigenom-adatbázis, a UK Biobank és a gnomAD adataival kombinálja. Ezekből az adatbázisokból kideríthető, hogy melyik variánsok találhatók meg egészséges emberekben, ami segíti a modell emberi jóslatokra történő kalibrálását.

Az eredmény az első olyan modell, amely ártalmasság szerinti sorrendbe tudja állítani a talált mutációkat a teljes emberi proteomon, vagyis az emberi genom által kódolt mintegy 20 ezer fehérjén belül.

Az orvosoknak így most először nyílik lehetőségük arra, hogy egy új páciens felmérésekor rögtön a legártalmasabbnak vélt génváltozatokra összpontosítsák figyelmüket.

A popEVE validálása céljából a kutatók több mint 31 ezer olyan család adatait elemezték, amelyekben súlyos fejlődési rendellenességgel bíró gyermek született. Azoknak az eseteknek a 98%-ában, ahol a betegségokozó mutációt már korábban azonosították, a popEVE helyesen ismerte fel ezt a variánst a legsúlyosabbnak a gyermek genomjában. A modell teljesítménye felülmúlta a korszerű vetélytársakét, például a DeepMind által fejlesztett AlphaMissense-ét.

Amikor a kutatók elkezdtek a popEVE-vel új lehetséges betegségokozó génvariánsokat keresni, a modell 123 olyan változatot azonosított, amelyeket korábban nem hoztak még összefüggésbe fejlődési rendellenességekkel. A 123-ból 104 mutáció olyan, amit csak egy vagy két páciensben dokumentáltak.

A szerzők kiemelik: a popEVE csak olyan DNS-változatokat vesz figyelembe, amelyek változást idéznek elő egy fehérjében. Számos egyéb fajta mutáció létezik, így ez a modell nem fedi le a genetikai változatok valamennyi formáját.