МОСКВА, 14 февраля. /ТАСС/. Исследователи из России и США разработали систему искусственного интеллекта, способную выявлять и изучать свойства фрагментов так называемой Z-ДНК, зеркального подобия обычной ДНК, сегменты которой могут присутствовать внутри некоторых генов. Об этом во вторник сообщила пресс-служба Сбербанка.
"Исследование проводилось с помощью архитектуры DNABERT, которую для проекта обучила команда Лаборатории искусственного интеллекта Сбербанка на экспериментальных данных. Полученная модель Z-DNABERT позволяет делать полногеномные предсказания расположения Z-флипонов (включений Z-ДНК внутри нормальных блоков ДНК - ред. ТАСС)", - говорится в сообщении.
Так называемая Z-ДНК была открыла учеными около полувека назад. Она представляет собой двойную спираль из нуклеотидов, одиночных "букв" генетического кода, которая закручена не вправо, как обычная ДНК, а влево. Долгое время биологи считали, что она не играет существенной роли в работе живых клеток, однако недавно они обнаружили, что Z-ДНК играет важную роль в борьбе с вирусами.
Российские и американские исследователи под руководством Марии Попцовой, заведующей Международной лабораторией биоинформатики НИУ ВШЭ (Москва), разработала нейросетевой алгоритм, который позволяет определять положение Z-флипонов, а также изучать их роль в работе генов, в которые встроены подобные участки "зеркальной" ДНК.
Изучение "зеркальной" ДНК
Для ее создания ученые использовали уже существующую нейронную сеть DNABERT, которая была создана в 2020 году для автоматического поиска значащих областей генома в человеческой ДНК и в генетическом материале других живых существ. Эта система ИИ способна не только выявлять гены, но и определять их ключевые части и предугадывать то, с какими молекулами могут взаимодействовать эти участки генома.
Попцова и ее коллеги из Лаборатории искусственного интеллекта "Сбербанка" адаптировали DNABERT для поиска и анализа свойств Z-флипонов, для чего ученые подготовили специальный массив данных по уже изученным включениям "зеркальной" ДНК в геноме человека и использовали его для обучения нейросети. Последующие тесты показали, что новая модель, получившая имя Z-DNABERT, способна корректно определять положение большого числа Z-флипонов и определять некоторые их ключевые свойства.
В частности, ученым удалось выявить примерно три сотни подобных сегментов в ДНК людей, связанных с развитием различных болезней, в том числе некоторых форм рака и тяжелых врожденных генетических заболеваний. В их число, в частности, входят некоторые формы меланомы, рака кожи, а также синдром Ваарденбурга и некоторые разновидности гемаглобинопатий.
Дальнейшее изучение этих участков генома позволит ученым понять, какую роль играет "зеркальная" ДНК в развитии этих болезней и разработать новые терапии для их лечения. В свою очередь, последующие эксперименты с Z-DNABERT помогут биологам открыть другие важные участки Z-ДНК и раскрыть их роль в эволюции и жизни человека, подытожили исследователи.
