Российские ученые создали ИИ, который ищет в ДНК ключ к лечению рака и Альцгеймера
Российские ученые создали искусственный интеллект, способный расшифровывать сложные «узлы» в человеческой ДНК, которые управляют работой клеток. Это открытие прокладывает путь к разработке принципиально новых лекарств против рака и нейродегенеративных заболеваний.
Что за «узлы» в наших генах и почему они так важны
Учёные из Центра искусственного интеллекта НИУ ВШЭ представили модель DeepGQ, которая с высочайшей точностью предсказывает расположение ключевых структур в человеческой ДНК — G-квадруплексов. Эти структуры влияют на то, станет ли клетка нейроном или клеткой печени, и как она может «сломаться», превратившись в раковую. Новый инструмент открывает путь к созданию таргетных лекарств против тяжелейших заболеваний, для которых сегодня часто нет эффективного лечения.
Наша ДНК — это не просто линейный код из четырёх букв (A, T, G, C). Чтобы уместиться в ядре клетки и правильно работать, она особым образом складывается, образуя трёхмерные структуры. Один из таких элементов «упаковки» — G-квадруплекс (GQ). Его можно представить, как тугой узелок, который образуется в тех местах цепочки ДНК, где много буквы G (гуанин).
Такой узел физически блокирует доступ к определённым генам или, наоборот, способствует их активации. Он работает как молекулярный выключатель. Именно уникальный набор таких «выключателей» в разных тканях – в мозге, печени, сердце – и определяет судьбу клетки, заставляет её выполнять свою специализированную функцию.
Долгое время изучение этих структур было сложной и дорогой экспериментальной задачей. Учёные могли исследовать лишь отдельные фрагменты, но не могли быстро и полно составить «карту узлов» для всего генома конкретной ткани. Российская разработка DeepGQ решает эту проблему с помощью глубокого обучения.
Как работает DeepGQ и в чём его уникальность
DeepGQ — это искусственный интеллект, который анализирует последовательность ДНК и предсказывает, где с высокой вероятностью образуются G-квадруплексы. Главное отличие модели от существующих аналогов — её специфичность для ткани.
«Представьте, что у вас есть карта дорог. Универсальная карта покажет только крупные шоссе, — приводит аналогию Мария Попцова, директор Центра биомедицинских исследований и технологий Института ИИ НИУ ВШЭ. — А наша модель — это детализированная карта с учётом особенностей каждого города. Для мозга она покажет одну сеть улиц-GQ, для печени — совершенно другую».
Исследователи обучили не одну, а 14 отдельных версий алгоритма для разных типов человеческих тканей. Модель анализирует ДНК в двух направлениях, что повышает точность, и учитывает эпигенетический контекст — «окружающую обстановку» вокруг гена. В результате получается не усреднённая, а персонализированная карта, максимально приближенная к реальности.
От науки – к практике лечения
Создание точных карт G-квадруплексов имеет прямое практическое применение в медицине, меняя подход к лечению фундаментальных болезней.
Многие тяжёлые заболевания, такие как глиобластома (агрессивный рак мозга) или болезни Альцгеймера и Паркинсона, связаны с глубоким сбоем в клеточной программе. Клетки теряют свою идентичность. G-квадруплексы, которые регулируют эту идентичность, становятся идеальными мишенями для воздействия. Если учёные поймут, какой конкретно «узел» поддерживает бесконтрольное деление раковой клетки, они смогут создать молекулу-лекарство, которая будет его целенаправленно «развязывать».
Разработчики видят будущее модели в создании «DeepGQ-Пациент». Врач сможет взять образец опухоли у больного, секвенировать его ДНК и с помощью алгоритма построить уникальную карту активных G-квадруплексов этой конкретной опухоли. Это позволит подобрать или спроектировать терапию, нацеленную на индивидуальные молекулярные особенности новообразования, что резко повысит эффективность лечения.
И да, это прорыв в изучении редких болезней. Методология позволяет массово и точно исследовать роль G-квадруплексов в развитии различных генетических и нейродегенеративных заболеваний, ускоряя поиск их причин и потенциальных точек воздействия.
Важно для России и мира
Публикация результатов в международном журнале Scientific Reports– признание высокого уровня российской науки в области AI for Life Sciences (ИИ для наук о жизни). Это демонстрация способности создавать конкурентоспособные исследовательские инструменты мирового класса.
Для России такая разработка – это суверенитет в биоинформатике. Собственные передовые алгоритмы анализа генома снижают зависимость от зарубежного софта в стратегической сфере.
В глобальном масштабе DeepGQ предлагает научному сообществу мощный и точный метод, который уже сегодня можно использовать для фундаментальных открытий в генетике. В долгосрочной перспективе это работа на общее будущее, где лечение рака или старческой деменции может стать более точным, менее токсичным и ориентированным на конкретного человека. И в создании этого будущего российские учёные и разработчики доказали, что играют ведущую роль.
