Ensembl otvara devet milijardi predviđanja

Ljudski referentni genom standardiziran je prikaz približno tri milijarde položaja u našoj DNK, pri čemu se na svakome nalazi jedno od četiriju kemijskih slova. Zamijeni li se bilo koje slovo jednom od preostale tri mogućnosti, nastaje hipotetska mutacija. Model AlphaGenome tvrtke Google DeepMind analizirao je sve takve zamjene jednoga slova i proizveo oko devet milijardi zapisa, od kojih svaki u prosjeku sadržava približno 27.000 predviđanja molekularnih učinaka u različitim tkivima i vrstama stanica (DeepMind). Atlas obuhvaća i više od 100 milijuna kratkih umetanja i brisanja dijelova DNK, već zabilježenih u populacijskim bazama podataka (predtisak Atlasa).

Ti zapisi nisu rezultat laboratorijskih mjerenja, nego procjene modela o tome što bi se promijenilo kada bi se pojedina zamjena doista pojavila. Njihova će vrijednost ovisiti o tome mogu li istraživačima pouzdano pomoći da među golemim brojem varijanti pronađu one koje utječu na zdravlje.

Skrivena varijanta i trag specifičan za mozak

Najkonkretniji dosadašnji ispit odnosi se na osobu s teškom epileptičkom encefalopatijom, kod koje genetičkim sekvenciranjem nije utvrđen uzrok bolesti. Istraživači iz Broad Institute, u suradnji s GREGoR Consortium i timom AlphaGenome, ponovno su razvrstali pacijentove varijante koristeći zbirnu ocjenu Atlasa AVI (AlphaGenome Variant Impact). Tako je među važne kandidate dospjela promjena duboko u intronu gena DNM1 (Fortune). Intron je odsječak DNK koji se uklanja prije nego što se genska uputa prevede u protein, pa se takva područja rijetko podrobno analiziraju. Ni ranija analiza RNK iz krvi nije dala jasan odgovor jer je DNM1 u krvnim stanicama gotovo neaktivan.

Zasebna analiza doprinosa pojedinih čimbenika procijenila je da 69 posto AVI signala proizlazi iz predviđenog učinka na prekrajanje RNK, proces u kojem stanica izrezuje i spaja njezine dijelove prije stvaranja proteina. Prema modelu, varijanta stvara nepravilno mjesto prekrajanja u inačici gena specifičnoj za mozak, zbog čega nastali protein dobiva 13 dodatnih aminokiselina (Fortune; DeepMind). Laboratorijski je test ponovio predviđenu promjenu, nakon čega je varijanta razvrstana kao vjerojatno patogena. To je formalna kategorija koja, uz funkcionalne podatke, uzima u obzir obiteljsku povijest bolesti i način nasljeđivanja (predtisak Atlasa).

Redoslijed koraka pokazuje stvarnu ulogu sustava: AVI je izdvojio varijantu, analiza je istraživače usmjerila prema provjeri prekrajanja RNK, a laboratorijski je test zatim potvrdio predviđeni poremećaj. Model nije samostalno postavio dijagnozu, dok objavljeni prikaz ne opisuje sve postupke na temelju kojih je varijanta konačno razvrstana (Nature).

Usporedba s postojećim alatima i sljedeći koraci

Predtisak Atlasa donosi retrospektivnu usporedbu na prethodno razriješenim slučajevima rijetkih bolesti iz GREGoR Consortium. AVI je poznatu uzročnu varijantu svrstao među 50 najbolje rangiranih kandidata u 29,5 posto slučajeva, dok je CADD, dugo korišten alat za bodovanje varijanti u cijelom genomu, to uspio u 12,5 posto slučajeva (predtisak Atlasa). Najveća je prednost zabilježena u nekodirajućim područjima, koja čine veliku većinu genoma i nalaze se izvan uputa za proizvodnju proteina, zbog čega ih je tradicionalno najteže tumačiti. DeepMindov istraživač Žiga Avsec priznao je da model slabije predviđa neke učinke pojačivača, udaljenih odsječaka DNK koji reguliraju aktivnost gena (Fortune).

Riječ je o usporedbi rangiranja na probranim slučajevima čiji je uzrok već poznat, provedenoj uz sudjelovanje suradnika iz DeepMinda i zasad objavljenoj samo kao predtisak. Naknadno pronalaženje poznatog odgovora metodološki se razlikuje od povećanja broja dijagnoza među pacijentima čiji slučajevi još nisu razriješeni.

Europsko javno bioinformatičko središte EMBL-EBI objavilo je 9. rujna da je AVI odsad dostupan u sustavu Ensembl Variant Effect Predictor (VEP), kojim istraživači sirove genetičke podatke pretvaraju u rezultate pogodne za tumačenje (EMBL-EBI). Budući da VEP već čini dio obradnih postupaka u kliničkim i istraživačkim laboratorijima, oni sada u istoj skupnoj analizi mogu dobiti AVI, posljedice varijante za gene i podatke o njezinoj učestalosti u populaciji, bez prelaska na zaseban Googleov portal. Uvrštavanje u VEP olakšava pristup ocjeni, ali ne potvrđuje njezinu kliničku pouzdanost. DeepMind navodi da AlphaGenome nije potvrđen ni odobren za kliničku uporabu (DeepMind).

U opisanom slučaju gena DNM1, AlphaGenome pomogao je istraživačima izdvojiti prethodno zanemarenu varijantu i ponudio objašnjenje povezano s prekrajanjem RNK koje se moglo laboratorijski provjeriti. Hoće li takav postupak doista povećati broj dijagnoza, morat će pokazati prospektivna istraživanja neovisnih skupina na nerazriješenim slučajevima, a ne naknadne provjere pacijenata čiji je uzrok bolesti već poznat.