ИИ-инструмент раскрывает однослойную структуру хромосом в 3D

Учёные из Университета Миссури разработали мощный инструмент на основе искусственного интеллекта, способный предсказывать трёхмерную форму хромосом внутри отдельных клеток. Это открывает новые возможности для генетических и биомедицинских исследований.

Хромосомы — это структуры, упаковывающие ДНК. Поскольку в каждой клетке содержится около 6 футов (~1.8 м) ДНК, она должна быть плотно свёрнута. Этот процесс укладки не только экономит пространство, но и контролирует активность генов. Неправильная укладка ДНК может нарушить функции клетки и привести к серьёзным заболеваниям, включая рак.

Ранее учёные использовали данные, усреднённые по миллионам клеток, что не позволяло увидеть уникальные различия между отдельными клетками. Новая модель ИИ, созданная Яньли Ван и Цзяньлином "Джеком" Ченом, меняет этот подход.

Ключевые особенности нового ИИ-инструмента:

• Специально разработан для работы с зашумлёнными и неполными данными от единичных клеток.
• Способен распознавать слабые паттерны и оценивать 3D-форму хромосом даже при недостатке информации.
• Понимает, как корректно "видеть" биологические структуры, даже если они повёрнуты.
• Более чем в два раза точнее предыдущих методов глубокого обучения при анализе данных о человеческих клетках.

Программное обеспечение доступно учёным по всему миру бесплатно. Это позволит исследователям лучше понять функционирование генов, возникновение болезней и разработать более эффективные методы лечения.

В дальнейшем команда планирует усовершенствовать инструмент, чтобы строить высокоразрешающие структуры целых геномов, предоставив наиболее чёткую картину генетического устройства клеток.

Исследование "Reconstructing 3D chromosome structures from single-cell Hi-C data with SO(3)-equivariant graph neural networks" опубликовано в журнале NAR Genomics and Bioinformatics.