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推進“人類基因組計劃2”人工智能大顯身手

發布時間:2025-02-03 03:53:25 來源:科普時報 字號: [ 大 ] [ 中 ] [ 小 ]

超越時空

近期,20多位科學家在《細胞研究》雜志上聯合呼吁,建議啟動“人類基因組計劃2”(HGP2),以大幅推進基因組研究。該項目旨在對全球超過100個國家、約8000萬人(占全球1%人口)的基因組進行測序,最終繪制出更全面的人類基因圖譜,推動個性化精準醫療的發展。而在這場科研的“馬拉松”中,人工智能(AI)正成為不可或缺的“加速器”,將極大提升HGP2的效率和精確度。

AI助力解鎖復雜基因“謎題”

說起人類基因組計劃,還得追溯到1990年,當時啟動的“人類基因組計劃”(HGP1)歷時13年,直到2003年,才首次繪制出人類基因組圖譜,揭示了人類脫氧核糖核酸(DNA)的基本結構。這一成就為許多醫學研究奠定了基礎,推動了罕見病、癌癥等領域的基因療法發展。

然而,HGP1的基因樣本也存在不足,主要受限于樣本數量少,無法充分反映全球基因多樣性。更復雜的基因調控機制仍然未知,基因組數據的應用也尚處于早期階段。因此,科學家們呼吁啟動HGP2,以解決這些問題。

而此次的HGP2不僅擴大了研究范圍,還將通過引入AI技術,進一步解開基因組的復雜性。這將幫助科學家更加精確地識別不同種族、民族和區域之間的基因差異,從而更全面地解釋疾病的成因,以及個體對藥物和治療的不同反應。

HGP2的最終目標之一是制定個性化的精準醫療方案。通過對每個個體基因組的測序,醫生可以獲得個體特有的基因信息,進而預測疾病風險、選擇最佳治療手段,并根據患者基因數據設計個性化藥物。例如,某些藥物可能對特定基因類型的人群效果更好,而其他人可能需要不同的治療方案。基因組學與個性化醫療的結合將使治療方案變得更加有效、精確,副作用更小。

AI加速精準醫療的到來

AI的計算能力強大,能夠在極短時間內處理海量數據,這其實對于基因組測序尤其重要。傳統的基因組測序和數據分析需要幾個月甚至幾年的時間,但AI可以通過優化算法,在短短數小時內完成復雜的基因比對和分析任務。例如,2024年諾貝爾化學獎的獲得者之一約翰·江珀,他所在的DeepMind團隊,推出了AlphaFold3,以前所未有的精確度預測了幾乎所有的生命分子,包括蛋白質、DNA和核糖核酸(RNA)的三維結構,以及它們之間的相互作用模式。

AI不僅能夠快速分析基因數據,還能夠通過深度學習模型識別隱藏在基因序列中的疾病風險。這些模型能夠預測個體患某種疾病的概率,幫助醫生制定更加個性化的預防和治療方案。例如,AI已經在抗衰老研究中發揮了巨大作用,它能夠篩選數十億個潛在藥物分子,識別對延緩衰老或修復基因損傷有益的潛在藥物。

隨著HGP2的推進,基因編輯技術將成為精準治療的重要工具。AI可以優化基因編輯的設計,確保在基因組中精確定位目標基因,避免不必要的副作用。這不僅可以提高基因療法的成功率,還可以將技術推廣至更廣泛的應用領域,如治愈罕見病或增強個體抵御遺傳疾病的能力。

雖然AI為HGP2的順利實施提供了極大的助力,但我們也應該警惕,它可能帶來數據隱私和倫理方面的挑戰。全球范圍內的基因數據共享和分析需要確保數據安全,防止個人隱私泄露。此外,AI算法的透明性和可靠性也是需要關注的問題。

(作者系科幻作家)

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