Moleküler Biyoloji & Genetik

Muhteşem Bir Yol Olan Yapay Zeka, Genomik ve Gen Düzenlemeyi Dönüştürüyor

Muhteşem Bir Yol Olan Yapay Zeka, Genomik ve Gen Düzenlemeyi Dönüştürüyor


Danışman bir firma olan Frost&Sullivan 2021 yılına gelindiğinde yapay zeka sistemlerinin, dünya çapında sağlık hizmetlerinden 6,7 milyar dolar gelir elde etmesini bekliyor. Makine öğreniminin önemli ölçüde geliştiği bir alan olan genomik; bir organizmada bulunan tüm gen setlerini inceleyen bir daldır. İnsan sağlığına yönelik etkilere çok fazla dikkat edilmiş olmasına rağmen, genetik dizileme ve analiz aynı zamanda tarım ve hayvancılık için de çığır açabilir. Araştırmacılar, yapay zeka sistemlerinin daha hızlı, daha ucuz ve daha doğru bir hale getirdiği DNA dizilenmesini ve analizini yapabildiklerinde, o organizmanın tüm aktivitelerini düzenleyen özel genetik plana bakış açısı kazanırlar. Bu anlayışla, bir organizmanın gelecekte ne kadar hassas olabileceği, mutasyonların farklı hastalıklara neden olabileceği ve geleceğe nasıl hazırlanacakları konusunda kararlar alabilirler.

Genom Dizileme ve Gen Düzenleme

Yaşamları boyunca bireyin hastalıklarla yaşadığı deneyimler büyük ölçüde genetiklerine göre belirlendiğinden, genetik yapımızı yıllar boyu daha iyi anlayabilmek için bu alana önemli bir ilgi oluşmuştur. İlerlememiz, değerlendirilmesi gereken verilerin karmaşıklığı ve büyüklüğü ile yavaşlamıştı. Yapay zeka ve makine öğrenimi uygulamalarındaki ilerlemelerle araştırmacılar genom dizilimi ve gen düzenleme yoluyla genomik verileri yorumlayabilir ve bu verilere göre hareket edebilirler.

Bir genom dizisi, yaşayan bir organizmada DNA yapıtaşlarının (A, T, C, G) belirli bir düzenidir; insan genomu 20.000 genden ve bu genetik harflerin oluşturduğu 3 milyardan fazla baz çiftinden oluşur. Genomu sıralamak, onu anlamak için atılan kritik ve ilk adımdır. Yüksek verimli sıralama (high-throughputsequencing-HTS) adı verilen en son teknoloji, DNA’nın dizilişinin bir gün içinde gerçekleşmesine izin verir ki bu işlem ilk yapıldığında 10 yıllık bir süreç almıştı.

DNA’da hücresel düzeyde değişiklikler yapıldığında ise buna gen düzenlemesi denir.

Kişiselleştirilmiş tıp ve hayat kurtaran terapiler

Gen teknolojisi hakkında en heyecan verici beklentilerden biri, hassas veya kişiselleştirilmiş ilaçların geliştirilmesidir. Bir hastaya veya genetik olarak benzer bireylerin popülasyonuna özgü müdahalelere olanak tanıyan alanın 2023 yılına kadar 87 milyar dolara ulaşması bekleniyor. Tarihsel olarak, maliyet ve teknoloji, kişiselleştirilmiş ilacın uygulanmasını sınırlandırmıştır, ancak makine öğrenimi teknikleri bu engellerin üstesinden gelmeye yardımcı oluyor. Makineler, genetik veri datalarındaki kalıpları belirlemeye yardımcı olur ve daha sonra bilgisayar modelleri, bir bireyin hastalığa yakalanma veya müdahalelere cevap verme olasılığı hakkında tahminlerde bulunabilir.

Google’ın DeepVariant aracı, high-throughputsequencing (HTS)’i, tam bir genomun daha doğru bir resmine dönüştürmek için yapay zekanınen sontekniklerini kullanmaktadır. 2000’lerden beri HTS mevcut iken, DeepVariant küçük mutasyonları rastgele hatalardan ayırt edebilir. Böylece DeepVariant’ın etkili bir şekilde kullanılması daha derin bir öğreti sağlamaktadır.

Artık genleri hızlı bir şekilde okuyabiliyor ve sıralayabiliyor olsak da, bize ne anlattığını anlamak için yüzeyi iyice eşelemek gerekmektedir. Kanadalı bir start-up firması olan Deep Genomics, en iyi kişisel ilaç terapisini belirlemek için genomun şifrelerini çözmek üzere yapay zeka platformunu kullanmaktadır. Şirketin kullandığı yazılım, mutasyonları analiz ediyor ve bir mutasyonun etkisini tahmin etmek için analiz edilen yüzlerce hatta binlerce mutasyon örneğinde gördüklerini kullanır.

Yılda milyonlarca yeni kanser vakaları ortaya çıkmaktadır fakat kemoterapi ilaçları tedavide tutarlı bir başarı sağlamıyor. Sophia Genetics gibi şirketler, genetik mutasyonları tanımlamak için yapay zekâ kullanarak, her bir hasta için en iyi ilaç tedavisini reçete edebileceklerini umuyorlar.

Düzenlenmiş genlerin potansiyelleri ve tehlikeleri

Bazı şirketler, hücresel düzeyde DNA’ya dayalı değişiklikler yaparak genlerin düzenlenmesini destekleyen teknolojiler üzerinde çalışıyorlar. Bir gen düzenleme teknolojisi olan CRISPR, bilgisayar bilimciler ile biyologlar arasındaki işbirliğine dayanıyor. Hastalığa neden olabilecek genlerin “düzenlenmesi” veya yüksek verimli, dayanıklı bitkiler yaratan genlerin “düzenlenmesi” ile olumlu sonuçlar ortaya çıkmıştır fakat aynı zamanda karmaşık etik, ahlaki ve yasal etkileri de ortaya koymuştur. Çoğu insan, mutasyona uğramış genleri düzenleyerek sağlığın “optimize edilmesi” nin faydalarını görebilir, ancak insan ırkını “optimize etmeye” başladığımızda sorun daha karmaşıklaşıyor.

Uzmanların gen düzenleme sürecinde çözmek için uğraştığı başka bir şey de araçların, hedef gene benzeyen genlerin üzerinde yanlışlıkla çalışarak oluşturduğu hedef dışı etkilerin nasıl önleneceğidir. Bu noktada yapay zeka ve makine öğrenimi, gen düzenleme girişimlerini daha doğru, daha ucuz ve daha kolay hale getirmeye yardımcı olacaktır.

Yapay zeka ve gen teknolojisinin geleceğinden farmakogenomik, yenidoğanlar için genetik tarama araçları, tarıma yönelik geliştirmeler ve daha fazlasını içermesi bekleniyor. Geleceği tahmin edemesek de, kesin olan bir şey var: Yapay zeka ve makine öğrenimi kendi genetik yapımızı ve diğer canlı organizmaları anlamamızı hızlandıracaktır.

Web kaynak: https://www.forbes.com/sites/bernardmarr/2018/11/16/the-amazing-ways-artificial-intelligence-is-transforming-genomics-and-gene-editing/#65db57c242c1

Çeviren ve düzenleyen: Dilan BOÇNAK / Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü Mezunu – Araştırmacı

Eklenme Tarihi : 23 Kasım 2018

Yorum Yap