هل يغير “ألفاجينوم”، نموذج الذكاء الاصطناعي الجديد الذي طورته شركة DeepMind التابعة لشركة جوجل، فهمنا للحمض النووي.
ما ألفاجينوم؟
كيف سيكون ذكاء جوجل الجديد الوصفة الكاملة لبناء وتشغيل جسم الإنسان، وتأثيره على اكتشاف الأمراض والأدوية.
يمكن أن يساعد هذا النموذج، المسمى ألفاجينوم، العلماء على اكتشاف سبب تعرضنا لخطر الإصابة بأمراض مثل:
- ارتفاع ضغط الدم.
- الخرف.
- السمنة نتيجة اختلافات طفيفة في الحمض النووي لدينا.
كما يمكن أن يؤدي ذلك إلى تسريع فهمنا للأمراض الوراثية والسرطان بشكل كبير. إذ يقرّ مطورو النموذج بأنه ليس مثالياً، لكن الخبراء وصفوه بأنه إنجاز مذهل، ومعلم بارز.
“نحن نرى مشروع AlphaGenome كأداة لفهم ما تفعله العناصر الوظيفية في الجينوم، وهو ما نأمل أن يسرع فهمنا الأساسي لشفرة الحياة”. هكذا تقول ناتاشا لاتيشيفا، مهندسة الأبحاث في DeepMind.
الجينوم البشري
يتكون الجينوم البشري من ثلاثة مليارات حرف من شفرة الحمض النووي، ممثلة بالأحرف A و C و G و T.
فيما يشكل ما يقارب 2% من الجينوم جينات مسؤولة عن ترميز جميع البروتينات التي يحتاجها الجسم للنمو والقيام بوظائفه.
الجينوم المظلم
أما النسبة المتبقية البالغة 98%، والتي لا تزال غير مفهومة بشكل كامل، فتعرف باسم “الجينوم المظلم”.
ويلعب هذا الجينوم دورًا حاسمًا في تنظيم كيفية استخدام الجينات في الجسم، وهو مصدر العديد من الطفرات المرتبطة بالأمراض.
في الوقت نفسه يستطيع برنامج AlphaGenome تحليل مليون حرف من الشفرة في المرة الواحدة. مما يساعد على كشف الجينوم المظلم.
أيضًا يمكنه التنبؤ بمكان وجود الجينات، وكذلك ما يؤثر عليه “الجينوم الخفي”.
على سبيل المثال، كيف يؤثر على التعبير الجيني “سواء كان الجين نشطًا للغاية أو مكبوتًا” وتضفير الجينات “الأداة التي يستخدمها الجسم لإنتاج بروتينات مختلفة من جين واحد”
والأهم من ذلك، أن النموذج يمكنه التنبؤ بتأثير تغيير حرف واحد فقط في الشفرة الوراثية.
من جانبها، قالت لاتيشيفا إنها “متحمسة للغاية” لإمكانات نموذج الذكاء الاصطناعي في فهم الطفرات التي تسبب المرض. والمساعدة في تحديد سبب الأمراض الوراثية النادرة.
وأضافت أن نموذج الذكاء الاصطناعي يمكن استخدامه لإضافة قطعة أخرى من أحجية اكتشاف أهداف الأدوية وفي نهاية المطاف تطوير أدوية جديدة.
في نهاية المطاف، يمكن استخدامه أيضاً في علم الأحياء التركيبي وتصميم تسلسلات جديدة من الحمض النووي التي يمكن استخدامها في العلاجات الجينية.
بينما تم وصف برنامج AlphaGenome في مجلة Nature ، ولكن تم إتاحته للاستخدام غير التجاري في العام الماضي، وقد استخدمه 3000 عالم منذ ذلك الحين.
في حين يستخدم الدكتور غاريث هوكس، من جامعة إكستر، هذه التقنية لاستكشاف كيف يمكن للطفرات أن تغير من خطر إصابتنا بالسمنة ومرض السكري.
الشفرة الجينية
وقد حددت الدراسات التي قامت بتسلسل الشفرة الجينية الكاملة لعشرات الآلاف من الأشخاص متغيرات مرتبطة بهذه الحالات، ولكنها غالباً ما تكون في الجينوم المظلم.
“إنهم يؤثرون بشكل مباشر على جزء مهم من علم الأحياء لا نفهمه حقًا”، هذا ما قاله هوكس لبي بي سي.
علاوة على أنه يمكّن استخدام برنامج AlphaGenome الباحثين من التنبؤ بسرعة بما تفعله تلك المتغيرات حتى يمكن اختبارها في المختبر.
عن هذا، قال هوكس: “ستساعد هذه التوقعات في تحديد العمليات البيولوجية التي قد تؤثر عليها هذه المتغيرات الجينية، وربما تؤدي إلى تطوير الأدوية”.
مضيفًا: “لا أقول إن شركة ألفا جينوم قد حلت الجانب المظلم من الجينوم، لكنها قفزة كبيرة. أنا متحمس للغاية.”
يعد السرطان مجالاً آخر يمكن أن يُسرّع فيه نموذج الذكاء الاصطناعي البحث.
الذكاء الاصطناعي الجينومي
تم استخدام برنامج AlphaGenome للتنبؤ بالطفرات التي تغذي السرطان والتي تعد أيضًا أهدافًا محتملة للعلاج، والطفرات العرضية.
إلى جانب أن الدكتور روبرت جولدستون، رئيس قسم علم الجينوم في معهد فرانسيس كريك. قال إن النموذج يمثل إنجازًا رئيسيًا في مجال الذكاء الاصطناعي الجينومي. وأن هذا الإنجاز يمثل “إنجازًا تقنيًا مذهلاً” لقدرته على”التنبؤ بالتعبير الجيني من تسلسل الحمض النووي وحده.
وقال البروفيسور بن لينر، رئيس قسم علم الجينوم التوليدي والتركيبي في معهد ويلكوم سانجر، إنهم اختبروا برنامج AlphaGenome في أكثر من نصف مليون تجربة وكان أداؤه جيدًا للغاية.
لكنه قال إنها “بعيدة كل البعد عن الكمال” ولا يزال هناك الكثير من العمل الذي يتعين القيام به.
جائزة نوبل في الكيمياء
فاز فريق DeepMind بجائزة نوبل في الكيمياء عام 2024 لعملهم على AlphaFold، وهو نظام ذكاء اصطناعي يتنبأ بالبنية ثلاثية الأبعاد للبروتينات في الجسم.
كما يقول بوشميت كوهلي، نائب رئيس قسم العلوم والمبادرات الاستراتيجية في جوجل ديب مايند:
“أعتقد أننا في بداية حقبة جديدة من التقدم العلمي، وسوف يُمكّن الذكاء الاصطناعي من تحقيق عدد من الإنجازات المختلفة”.
كيف يعمل برنامج AlphaGenome ؟
لا يعمل البرنامج مثل نماذج اللغة الكبيرة مثل ChatGPT التي تتنبأ بالكلمة التالية في التسلسل. بل هو نموذج من التسلسل إلى الوظيفة الذي يدرس كيف تؤثر التغييرات في النص على المعنى النهائي.
تم تدريبها على قواعد بيانات متاحة للجمهور لتجارب الخلايا البشرية والفأرية.
هناك اتفاق عام على أن نموذج الذكاء الاصطناعي يحتاج إلى تحسين. فهو أقل دقة في بعض المجالات. مثل التنبؤ بكيفية تنظيم الجينات عبر مسافات طويلة .أكثر من 100000 حرف من التعليمات البرمجية..
وأخيرًا، يسعى الفريق أيضاً إلى تحسين دقة النموذج في مختلف الأنسجة. فعلى سبيل المثال، تمتلك الخلية العصبية في الدماغ نفس الشفرة الوراثية لخلية القلب النابض، ولكن لكل منهما خصائص مختلفة بناءً على طريقة استخدام التعليمات الوراثية في كل نوع من أنواع الخلايا.
المصدر: bbc