Ensembl zpřístupňuje laboratořím devět miliard predikcí

Lidský referenční genom je standardizovaná podoba přibližně tří miliard pozic DNA. Na každé z nich se nachází jedno ze čtyř chemických písmen. Nahradíme-li je kterýmkoli ze tří zbývajících, získáme hypotetickou mutaci. Model AlphaGenome od Google DeepMind takto vyhodnotil všechny možné záměny jediného písmene a vytvořil přibližně devět miliard záznamů. Ke každému z nich v průměru připojil zhruba 27 000 předpovědí molekulárních dopadů v různých tkáních a typech buněk (DeepMind). Výsledný Atlas zahrnuje také více než 100 milionů krátkých vložení a odstranění úseků DNA, které už zachycují populační databáze (preprint Atlasu).

Žádný z těchto záznamů není výsledkem experimentálního měření. Model pouze předpovídá, co by se při dané změně mohlo stát. Rozhodující proto bude, zda jeho výpočty pomohou výzkumníkům rozpoznat varianty, které mají skutečný biologický význam.

Skrytá varianta a stopa specifická pro mozek

Nejpřesvědčivější dosavadní případ se týká člověka s těžkou epileptickou encefalopatií, u něhož genetické sekvenování příčinu onemocnění neodhalilo. Výzkumníci z Broad Institute společně s GREGoR Consortium a týmem AlphaGenome znovu seřadili pacientovy genetické varianty podle souhrnného skóre Atlasu nazvaného AVI (AlphaGenome Variant Impact). Mezi nejvýznamnějšími změnami se objevila varianta ukrytá hluboko v intronu genu DNM1 (Fortune). Intron je úsek DNA, který buňka odstraní dříve, než podle instrukcí genu vytvoří bílkovinu. Analýzy mu proto zpravidla věnují menší pozornost. Ani předchozí rozbor RNA z krve nepřinesl jasný výsledek, protože gen DNM1 je v krevních buňkách téměř neaktivní.

Podle samostatné analýzy připadalo 69 % signálu AVI na předpokládané narušení sestřihu RNA, při němž buňky její části vystřihují a znovu spojují před výrobou bílkovin. Model předpověděl, že varianta vytvoří abnormální místo sestřihu ve verzi genu používané v mozku, takže výsledná bílkovina bude obsahovat dalších 13 aminokyselin (Fortune; DeepMind). Laboratorní test předpovězenou změnu potvrdil a vědci variantu překlasifikovali na pravděpodobně patogenní. Tato formální kategorie zohledňuje rodinnou anamnézu, způsob dědičnosti i funkční údaje (preprint Atlasu).

Postup ukazuje, k čemu může být model užitečný. Skóre posunulo variantu mezi hlavní kandidáty, rozklad výsledku nasměroval výzkumníky k testu sestřihu RNA a ten předpovězenou poruchu potvrdil. Samotný model pacientovi diagnózu nestanovil a zveřejněný popis navíc neuvádí všechny kroky, které vedly ke změně klasifikace varianty (Nature).

Srovnání a další postup

Podle preprintu Atlasu výzkumníci zpětně porovnali výsledky se známými příčinami vzácných onemocnění v případech vyřešených konsorciem GREGoR. Skóre AVI zařadilo skutečně příčinnou variantu mezi 50 nejvýše hodnocených kandidátů u 29,5 % pacientů. Dlouhodobě používaný celogenomový nástroj CADD dosáhl 12,5 % (preprint Atlasu). Největší náskok mělo AVI v nekódujících oblastech, které tvoří převážnou část genomu, ale neleží v úsecích s návodem pro tvorbu bílkovin a jejich význam se tradičně vykládá obtížně. Výzkumník DeepMind Žiga Avsec zároveň připustil, že model hůře zachycuje některé účinky enhancerů, tedy vzdálených úseků DNA regulujících aktivitu genů (Fortune).

Jde však o srovnání pořadí variant v pečlivě vybraných a už vyřešených případech. Výsledky vznikly za účasti spolupracovníků DeepMind a zatím vyšly pouze jako preprint. Zpětně dohledat známou odpověď je jiný úkol než zvýšit počet diagnóz u pacientů, jejichž případy dosud řešení nemají.

Dne 9. září oznámilo evropské veřejné bioinformatické centrum EMBL-EBI, že skóre AVI nově nabízí prostřednictvím Ensembl Variant Effect Predictor (VEP), anotačního systému, jímž výzkumníci převádějí nezpracovaná genetická data do srozumitelných výsledků (EMBL-EBI). VEP je už součástí datových postupů klinických i výzkumných laboratoří. Po doplnění AVI mohou laboratoře v jediné dávkové operaci získat jeho skóre spolu s dopady variant na geny a údaji o jejich četnosti v populaci, aniž by přecházely na samostatný portál Googlu. VEP skóre pouze zpřístupňuje; za jeho klinickou přesnost se nezaručuje. Také DeepMind uvádí, že AlphaGenome zatím nebyl klinicky ověřen ani schválen (DeepMind).

V popsaném případu genu DNM1 pomohl AlphaGenome upozornit na přehlíženou variantu a navrhl hypotézu o poruše sestřihu RNA, kterou bylo možné ověřit v laboratoři. Zda stejný postup zvýší počet diagnóz i ve větším měřítku, musejí ukázat prospektivní studie nezávislých týmů na dosud nevyřešených případech, nikoli zpětné testy se známými odpověďmi.