كشفت الشبكة العصبية «Khimera» البنية ثلاثية الأبعاد للجينوم لدى الحيوانات والنباتات
طوّر علماء روس الشبكة العصبية «Khimera» للتنبؤ بالبنية ثلاثية الأبعاد للجينوم. ويعمل النظام على جميع الأنواع، من الكائنات الدقيقة إلى الإنسان. ويُنظَّم DNA في ب
قام متخصصون في المعلوماتية البيولوجية الروسية بإنشاء شبكة عصبية تسمى "كيميرا" لا تتنبأ فقط بالبنية ثلاثية الأبعاد للجينوم، بل تكشف أيضاً عن قوانين تنظيمه المكاني لدى أنواع مختلفة من الكائنات الحية — من الخميرة البسيطة والطحالب إلى الإنسان.
كيف تعمل الهندسة المعمارية ثلاثية الأبعاد للحمض النووي
داخل الخلية، لا ينظم الحمض النووي بشكل عشوائي، بل في هندسة معمارية معقدة ثلاثية الأبعاد. تتحرك السلسلة الجزيئية وتنحني وتتفاعل مع نفسها، مما يخلق جغرافيا كاملة داخل النواة. يؤثر هذا التنظيم بشكل مباشر على الجينات المفعلة والمطفأة. تتفاعل مناطق الحمض النووي التي تكون قريبة من بعضها البعض في الفضاء، وهذا يحدد نشاط الجينات. تعلمت شبكة عصبية "كيميرا" ليس فقط تصور هذه البنية، بل أيضاً التنبؤ بكيفية تأثير التغييرات في تسلسل الحمض النووي على ترتيبها ثلاثي الأبعاد. يوفر هذا للعلماء أداة لفهم السبب وراء احتمالية أن تؤدي الطفرة ذاتها إلى عواقب مختلفة حسب موقعها في الجينوم.
- التنبؤ بالبنية ثلاثية الأبعاد من تسلسل الحمض النووي
- تحديد الأنماط في تنظيم الجينوم في الأنواع المختلفة
- التنبؤ بتأثير الطفرات على التكوين المكاني للكروموسومات
- التطبيق على الكائنات من البكتيريا إلى الثدييات
- سرعة الحساب — آلاف الجينومات في اليوم بدلاً من أشهر من العمل اليدوي
العمومية لجميع الكائنات الحية
الميزة الرئيسية لـ "كيميرا" هي عموميتها. نموذج واحد مدرب قادر على التنبؤ بهندسة الجينوم لدى الخميرة والطحالب والنباتات والإنسان. وهذا ممكن لأن المبادئ الأساسية لتنظيم الحمض النووي ثلاثي الأبعاد متشابهة في جميع الكائنات الحية — حافظت التطور على الآليات الأساسية لتغليف المادة الوراثية. عادة ما كان يجب تدريب نموذج منفصل لكل نوع من الكائنات الحية، مما يتطلب موارد حسابية كبيرة. أظهر الباحثون الروس أن بالإمكان العثور على مبادئ عالمية تعمل عبر الأنواع المختلفة. يفتح هذا الطريق نحو تحليل أسرع وأرخص لجينومات أنواع جديدة من الكائنات الحية.
لماذا هذه التكنولوجيا ضرورية
يعتبر فهم البنية ثلاثية الأبعاد للجينوم حاسماً لعدة مجالات. في الطب، يساعد في شرح كيفية أن تؤدي الطفرات الجينية إلى الأمراض — في بعض الأحيان، قد تكون الطفرة ذاتها خطيرة أو محايدة حسب تأثيرها على التوافق ثلاثي الأبعاد للحمض النووي. في الهندسة الوراثية، يساعد في تحرير الجينومات بشكل أكثر دقة، والتنبؤ بالآثار الجانبية. في تطوير الأدوية، يسمح بفهم أسرع لكيفية تفاعل المواد الكيميائية مع الحمض النووي.
« إنها مثل تعلم قراءة جغرافية المدينة، بدلاً من مجرد عناوين المنازل »،
كما وصف أحد المؤلفين جوهر هذا التطوير.
ماذا يعني هذا
يعتبر تطوير العلماء الروس مساهمة جادة في المعلوماتية البيولوجية على المستوى العالمي. النموذج القادر على العمل بنفس الكفاءة مع أنواع مختلفة من الكائنات الحية يوفر الوقت والموارد الحسابية في البحث. قد يؤدي هذا إلى تسريع تطوير أدوية جديدة، وتحسين فهم الأمراض الوراثية، وفتح اتجاهات جديدة في البيولوجيا التركيبية.