Penyelidik di Gunung Sinai telah membangunkan V2P, alat AI yang meramalkan penyakit yang mungkin disebabkan oleh mutasi DNA tertentu, bertujuan untuk mempercepatkan diagnosis dan membimbing rawatan tepat.
Alat kecerdasan buatan baharu yang dibangunkan di Sekolah Perubatan Icahn di Gunung Sinai boleh membantu doktor beralih dengan lebih pantas daripada urutan DNA pesakit kepada jawapan tentang apa yang membuatkan mereka sakit.
Kaedah yang dipanggil V2P (Varian kepada Fenotip), bukan sahaja menandakan mutasi genetik yang berpotensi berbahaya. Ia juga meramalkan jenis penyakit yang luas yang mungkin disebabkan oleh mutasi tersebut, menawarkan cara untuk menghubungkan perubahan dalam DNA dengan gejala dunia sebenar.
Kerja, diterbitkan dalam jurnal Nature Communications, direka untuk mempercepatkan diagnostik genetik dan menyokong pencarian rawatan baharu untuk keadaan yang kompleks dan jarang berlaku.
Hari ini, apabila genom atau eksom pesakit dijujukan, doktor sering kali memberikan senarai beribu-ribu varian genetik. Alat sedia ada boleh menganggarkan sama ada varian tertentu berkemungkinan berbahaya, tetapi biasanya terhenti di situ. Ia tidak menunjukkan sama ada mutasi lebih berkemungkinan membawa kepada gangguan sistem saraf, kanser atau kategori penyakit lain.
V2P bertujuan untuk mengisi jurang tersebut. Sistem ini menggunakan pembelajaran mesin untuk menghubungkan varian genetik tertentu dengan kemungkinan hasil fenotipnya, yang bermaksud penyakit atau sifat yang mungkin terhasil. Dalam praktiknya, ini dapat membantu doktor menumpukan perhatian pada beberapa varian yang paling mungkin menjelaskan gejala pesakit.
Pendekatan ini direka untuk mengurangkan hingar set data genetik yang besar, menurut pengarang pertama David Stein, yang baru-baru ini menamatkan latihan kedoktorannya di makmal Yuval Itan dan Avner Schlessinger.
“Pendekatan kami membolehkan kami mengenal pasti perubahan genetik yang paling relevan dengan keadaan pesakit, dan bukannya menapis beribu-ribu varian yang mungkin,” kata Stein dalam satu siaran berita. “Dengan menentukan bukan sahaja sama ada sesuatu varian itu patogenik tetapi juga jenis penyakit yang mungkin disebabkannya, kami dapat meningkatkan kelajuan dan ketepatan tafsiran dan diagnostik genetik.”
Untuk membina V2P, pasukan tersebut melatih model tersebut pada pangkalan data varian genetik yang besar yang merangkumi perubahan berbahaya dan jinak, berserta maklumat tentang penyakit yang berkaitan. Dengan mempelajari daripada contoh di mana hasilnya sudah diketahui, AI kemudiannya boleh membuat ramalan tentang varian baharu yang belum pernah dilihat sebelum ini.
Para penyelidik menguji V2P pada data pesakit sebenar yang tidak dikenal pasti. Dalam ujian tersebut, alat tersebut sering meletakkan varian penyebab penyakit sebenar di antara 10 calon teratas. Prestasi seperti itu, kata pasukan itu, dapat memperkemas proses diagnostik dengan membantu doktor menumpukan pada petunjuk yang paling menjanjikan dengan lebih cepat.
Walaupun versi V2P semasa mengklasifikasikan mutasi kepada kategori yang luas seperti gangguan sistem saraf atau kanser, para penyelidik melihat ini sebagai titik permulaan. Mereka bertujuan untuk memperhalusi alat ini supaya ia dapat meramalkan hasil penyakit yang lebih spesifik dan mengintegrasikannya dengan sumber data tambahan, seperti maklumat tentang bagaimana gen berinteraksi atau bagaimana protein berfungsi dalam sel.
Selain membantu pesakit individu, pasukan itu percaya V2P boleh menjadi sumber yang hebat untuk penyelidik dan pembangun ubat.
“Selain diagnostik, V2P boleh membantu penyelidik dan pembangun ubat mengenal pasti gen dan laluan yang paling berkait rapat dengan penyakit tertentu,” tambah Schlessinger, penulis kanan bersama dan koresponden bersama, profesor sains farmakologi dan pengarah Pusat Penemuan Ubat Molekul Kecil AI di Sekolah Perubatan Icahn di Gunung Sinai. “Ini boleh membimbing perkembangan terapi yang disesuaikan secara genetik dengan mekanisme penyakit, terutamanya dalam keadaan yang jarang berlaku dan kompleks.”
Wawasan seperti itu adalah penting kepada usaha yang lebih luas ke arah perubatan tepat, satu pendekatan yang bertujuan untuk memadankan rawatan dengan profil genetik dan biologi unik seseorang. Dengan menjelaskan perubahan genetik yang paling berkemungkinan mendorong penyakit, alat seperti V2P dapat membantu saintis mengenal pasti sasaran ubat baharu dan mereka bentuk terapi yang bertindak pada laluan yang betul.
Teknologi ini menawarkan pandangan yang lebih langsung tentang bagaimana perubahan DNA mempengaruhi kesihatan, menurut Itan, seorang penulis kanan bersama dan koresponden bersama dan profesor madya kecerdasan buatan dan kesihatan manusia serta sains genetik dan genom di Sekolah Perubatan Icahn di Gunung Sinai.
“V2P memberi kita gambaran yang lebih jelas tentang bagaimana perubahan genetik diterjemahkan kepada penyakit, yang mempunyai implikasi penting untuk penyelidikan dan penjagaan pesakit,” katanya dalam siaran berita. “Dengan menghubungkan varian tertentu dengan jenis penyakit yang paling mungkin disebabkannya, kita boleh mengutamakan gen dan laluan yang memerlukan siasatan yang lebih mendalam dengan lebih baik. Ini membantu kita beralih dengan lebih cekap daripada memahami biologi kepada mengenal pasti pendekatan terapeutik yang berpotensi dan, akhirnya, menyesuaikan intervensi dengan profil genomik khusus individu.”
Kajian ini mengetengahkan bagaimana penambahan maklumat khusus penyakit kepada alat ramalan sedia ada dapat meluaskan kegunaannya. Daripada menganggap semua varian berbahaya sebagai sama pada asasnya, V2P cuba membezakan bagaimana mutasi yang berbeza mungkin membawa kepada kategori penyakit yang berbeza.
Bagi pesakit yang mengalami keadaan yang jarang berlaku atau tidak dapat dijelaskan, teknologi seperti ini boleh menjadi sangat berharga. Ramai pesakit sedemikian menjalani ujian dan lawatan pakar selama bertahun-tahun sebelum menerima diagnosis, satu perjalanan yang sering dipanggil pengembaraan diagnostik. Alat yang boleh mengutamakan varian penyebab penyakit yang paling mungkin dan mencadangkan jenis gangguan yang terlibat boleh membantu memendekkan laluan tersebut.
Para penyelidik merancang untuk terus meningkatkan ketepatan dan resolusi V2P, dengan matlamat untuk beralih daripada kategori penyakit yang luas kepada ramalan yang lebih tepat. Mereka juga membayangkan untuk mengintegrasikan alat ini ke dalam saluran penyelidikan untuk penemuan ubat, di mana ia dapat membantu mengenal pasti sasaran molekul yang menjanjikan lebih awal dalam proses tersebut.
Memandangkan penjujukan genomik menjadi lebih biasa di klinik dan makmal penyelidikan, cabarannya beralih daripada mengumpul data DNA kepada memahaminya. V2P mewakili satu percubaan untuk merapatkan jurang tersebut, menggunakan kecerdasan buatan untuk menterjemahkan maklumat genetik mentah kepada pandangan yang akhirnya boleh meningkatkan diagnosis dan rawatan.