Sağlıklı büyüme ve gelişme, on binlerce genin tam zamanında ve doğru yerde devreye girmesine bağlıdır. DNA'nın belirli bölgeleri, hücrelerin düzgün çalışması için ihtiyaç duyduğu enzimlerin, hormonların, proteinlerin ve diğer moleküllerin üretimine rehberlik ederek bu süreci koordine eder. Gen aktivasyonu yanlış gittiğinde hücreler işlevini yitirebilir ve kanser de dahil olmak üzere çeşitli hastalıklara yol açabilir.
Bu süreci kontrol eden DNA dizilerini daha iyi anlamak için California Üniversitesi San Diego Kampüsü'nden Profesör James T. Kadonaga'nın laboratuvarındaki araştırmacılar, "başlatıcı" (initiator) olarak bilinen önemli bir DNA unsuruna odaklandı. Başlatıcı, bir gende kodlanan bilginin işlevsel bir ürüne dönüştürülmeye veya ifade edilmeye başlandığı yeri işaret eder.
Yapay Zeka Başlatıcı Diziyi Çözüyor
Lisansüstü öğrenci araştırmacı Torrey Rhyne-Carrigg liderliğindeki yeni çalışmada ekip, yüksek verimli DNA dizileme teknolojisini kullanarak başlatıcının yaklaşık 500 bin farklı versiyonundaki gen ifadesi aktivitesini ölçtü.
Araştırmacılar daha sonra bu sonuçları, başlatıcı ile ilişkili karakteristik DNA desenini tanımlamak için bir makine öğrenimi sistemi (bir tür yapay zeka) eğitmek amacıyla kullandı. Model bu imzayı çözdükten sonra ekip insan genlerinde bu diziyi aradı ve insan genlerinin yaklaşık yüzde 60'ında başlatıcı bulunduğunu tespit etti.
California Üniversitesi San Diego Moleküler Biyoloji Bölümü ve Biyolojik Bilimler Okulu'nda profesör olan Kadonaga, "Bu yapay zeka modelleri, ilk kez insan genlerinde başlatıcının varlığı veya yokluğu konusunda güçlü tahminlerde bulunabildi ve böylece başlatıcının DNA baz dizisi desenini çözebildi" dedi.
DNA Mutasyonlarının Etkilerini Tahmin Etmek
Bu bulgular, araştırmacıların başlatıcıyı etkileyen mutasyonların gen aktivitesini nasıl değiştirebileceğini ve çeşitli hastalıklara nasıl katkıda bulunabileceğini önceden tahmin etmelerine yardımcı olabilir. Çalışmanın verileri ve yapay zeka modelleri, ayrıca belirli amaçlar için uyarlanmış işlevlere sahip, genleri açıp kapatabilen sentetik promotörlerin (genetik dizilerin) tasarlanmasını da destekleyebilir.
Daha geniş anlamda bu araştırma, insan DNA'sında kodlanan bilgileri ortaya çıkarmak için laboratuvar deneyleri ile yapay zekanın nasıl birleştirilebileceğini gösteriyor.
Kadonaga konuyla ilgili olarak, "Daha küresel ölçekte bu çalışma, insanlardaki DNA bazlarının dizisine gömülü bilgileri deşifre etmek için laboratuvar deneyleri ve yapay zekanın birlikte kullanımında bir adım ileriye taşıyor" dedi. "Nihayetinde, hücrelerimizdeki her birinin altı milyar DNA bazı içinde, genlerimizin her birinin ne zaman, nerede ve ne ölçüde açılıp kapatılması gerektiğini belirleyen bir gen ifadesi kodu var. Tüm gen ifadesi kodu için bir yapay zeka modelimiz olsaydı, farklı insanlardaki farklı gen varyantlarının her birinin aktivitesini tahmin edebilirdik. Başlatıcı için geliştirilen yeni yapay zeka modeli, bu gen ifadesi kodunun küçük ama önemli bir parçasıdır ve insan gen ifadesi kodu yapay zeka modellerimizi yakın gelecekte genişleteceğimiz konusunda iyimserim."
