ابزار مبتني بر هوش مصنوعي انويديا و هاروارد به تحليل ژنوم سرعت مي‌بخشد

محققان انويديا و هاروارد از نوعي جعبه ابزار مبتني بر يادگيري ماشيني به نام AtacWorks رونمايي كردند. اين ابزار به منظور كاهش هزينه و مدت زمان برخي آزمايشات و آزمايش‌هاي تك سلولي طراحي شده است.

محققان مقاله خود را در ژورنال Nature Communications منتشر كرده و اشاره مي‌كنند كه AtacWorks قادر به تحليل يك ژنوم كامل در تنها ۳۰ دقيقه است. انجام اين آزمايش با استفاده از روش‌هاي سنتي، چندين ساعت طول خواهد كشيد.

اكثر سلول‌هاي بدن، يك كپي كامل از DNA با ميلياردها جفت باز (base pairs) كه درون هسته قرار گرفته‌اند را با خود حمل مي‌كنند. يك سلول تكي اما تنها به قسمتي از ماده ژنتيكي براي عملكرد صحيح نياز دارد. براي مثال سلول‌هاي كبد، خون يا پوست از ژن‌هاي متفاوتي استاده مي‌كنند. قسمت‌هايي از DNA كه عملكرد سلول را تعيين مي‌كنند، به آساني قابل دسترسي هستند، اما باقي قسمت‌ها در پوششي از پروتئين محافظت مي‌شوند.

AtacWorks از روشي به نام ATAC-seq استفاده مي‌كند كه از آن براي يافتن مناطق باز در ژنوم سلول‌ها استفاده مي‌شود. اين تكنيك شدت سيگنال در تمام نقاط ژنوم را اندازه گيري مي‌كند. به اوج رسيدن سيگنال نشان دهنده مناطقي از DNA است كه سلول‌هاي كمتري از آن‌ها در دسترس هستند. هر چه نويزها بيشتر باشند، شناسايي قسمت‌هاي در دسترس DNA مشكل‌تر مي‌شود.

 

ATAC-seq معمولاً به ده‌ها هزار سلول براي ايجاد سيگنال واضح نياز دارد. AtacWorks اما براي ايجاد نتايجي با كيفيت مشابه فقط به ده سلول نياز دارد. اين جعبه ابزار به محققان اجازه مي‌دهد تا آزمايشات علمي را با تعداد كمتري سلول انجام دهند كه منجر به كاهش هزينه جمع‌آوري نمونه و توالي يابي خواهد شد. به كمك اين ابزار تحليل سلول‌ها نيز سريع‌تر و ارزان‌تر تمام مي‌شود.

AtacWorks از پردازشگر گرافيكي Tensor Core انويديا استفاده كرده و تنها به مدت زماني كمتر از ۳۰ دقيقه براي استنتاج (inference) ژنوم نياز دارد. اين فرآيند با سيستمي مجهز به پردازنده ۳۲ هسته‌اي معمولاً ۱۵ ساعت طول مي‌كشد.

محققان هاروارد از AtacWorks براي مطالعه مجموعه داده (dataset) سلول‌هاي بنيادي كه وظيفه توليد گلبول‌هاي سفيد و قرمز را دارند، استفاده كردند؛ اين سلول‌هاي خاص را نمي‌توان با روش‌هاي سنتي مطالعه كرد. محققان با استفاده از نمونه‌اي حاوي تنها ۵۰ سلول، توانستند قسمت‌هايي از DNA كه سلول‌هاي آن در نهايت به گلبول سفيد تبديل مي‌شوند را شناسايي كرده و توالي‌هاي مربوط به گلبول‌هاي قرمز را جدا كنند.

منبع:

https://digiato.com/article/2021/03/08/%d8%b1%d9%88%d9%86%d9%85%d8%a7%db%8c%db%8c-%d8%a7%d9%86%d9%88%db%8c%d8%af%db%8c%d8%a7-%d9%88-%d9%87%d8%a7%d8%b1%d9%88%d8%a7%d8%b1%d8%af-atacworks/