Stanford’un Yapay Zeka Atılımı Psikiyatrik Bozukluklara İlişkin Yeni Genetik İpuçları Ortaya Çıkarıyor…
Stanford Tıp Merkezi araştırmacıları, insan genomundaki karmaşık yapısal varyantları tespit etmek için yapay zeka tabanlı bir yöntem geliştirdiler. Bu yöntem, şizofreni ve bipolar bozukluk gibi psikiyatrik bozuklukları etkileyen genetik faktörlere ilişkin bilgiler ortaya koyuyor.
Çalışma, dünya çapında 4.000’den fazla genomdan alınan tüm genom dizileme verilerinden yararlanarak beyinle ilgili genlerdeki ve insan evrimiyle bağlantılı bölgelerdeki varyantları vurguladı. Bu gelişmiş genetik analiz, kalıtsal psikiyatrik rahatsızlıklara ilişkin anlayışımızı iyileştirebilir ve hastalık mekanizmaları ve tedavi yolları hakkında daha kesin bir anlayış sunabilir.
İnsan Genomu Karmaşıklığı…
3 milyar baz çiftinden oluşan insan genomu – adenin ile timin ve sitozin ile guaninin eşleştiği – vücudumuz için bir taslaktan daha fazlasıdır. Bu baz çiftlerinin dizilimindeki değişiklikler hastalıkların kökenlerini ortaya çıkarabilir ve evrimsel tarihimizi izleyebilir. Bu değişiklikler birkaç baz çiftini içeren basit takaslardan, binlerce baz çiftinin uzun süreler boyunca ters dönmesi veya bölümleri tamamen kaybetmesi gibi daha karmaşık değişikliklere kadar uzanır.
Genetik kodu okumak için mevcut en son teknoloji olan tüm genom dizilemesi, basit varyasyonları tespit etmede etkilidir. Ancak daha karmaşık yapısal değişikliklerle mücadele eder. Stanford Medicine tarafından yönetilen yeni bir çalışma, artık tüm genom dizileme verilerindeki bu karmaşık yapısal varyasyonları tespit edebilen yapay zeka destekli bir yöntem geliştirdi.
Genetik Varyantların Psikiyatrik Bozukluklara Bağlanması..
Yakın zamanda Cell dergisinde yayımlanan çalışma , dünyanın dört bir yanından 4.000’den fazla insan genomu kullanılarak karmaşık yapısal varyantların bir kataloğunu oluşturdu. Bu varyantlar genellikle beyni yöneten genlerde meydana geldi ve genomun insan evrimiyle bağlantılı bölgelerinde bulundu. Araştırmacılar ayrıca karmaşık yapısal varyantlardan bazılarının, şizofreni veya bipolar bozukluk tanısı almış kişilerin beyinleriyle ilgili genlerde bulunan talimatların nasıl okunduğunu etkilediğini gösterdi.
“Bu çalışma, psikiyatrik bozuklukların genetik ve moleküler temellerini anlamada önemli bir adımdır ve beyinle ilgili hastalıkların ve genel olarak güçlü bir genetik bileşene sahip bozuklukların karmaşık bir yapısal varyant analizine sahip olması gerektiğini öne sürmektedir,” diyor çalışmanın kıdemli yazarı, psikiyatri ve davranış bilimleri ve genetik doçenti Alexander Urban, PhD. “Herhangi bir tüm genom dizisi bu yeni algoritmadan geçirilmelidir; bu, şu anda göz ardı edilen verilerdeki önemli yanıtları ortaya çıkarmamızı sağlayacaktır.”
Stephen R. Pierce Ailesi Goldman Sachs Bilim ve İnsan Sağlığı Profesörü ve İstatistik ve Biyomedikal Veri Bilimi Profesörü olan Urban ve Wing Wong, PhD, eş kıdemli yazarlardı.
Psikiyatrik Hastalıkların Anlaşılmasının Geliştirilmesi…
İnsan genomunda şimdiye kadar keşfedilen varyasyonların neredeyse hepsi basittir. Ancak yeni algoritmanın çıktısı, her genomun 80 ila 100 arasında karmaşık yapısal varyasyona sahip olduğunu gösterdi.
Urban, “Sadece basit varyasyonları aramak, bir kitap taslağını düzeltmek ve yalnızca tek harfleri değiştiren yazım hatalarını aramak gibidir,” dedi. “Karıştırılmış, tekrarlanmış veya yanlış sırada olan kelimeleri gözden kaçırıyorsunuz – hatta yarım bölümün kaybolduğunu bile fark etmeyebilirsiniz. Tüm bunlar, taslak matbaaya gönderilmeden önce yakalanmalıdır.”
Yapay Zeka Destekli Genetik Varyantların Keşfi…
Karmaşık Yapısal Varyantların Otomatik Yeniden Oluşturulması algoritması, kısaca ARC-SV, her türlü DNA düzenlemesini yakalar ve karmaşık yapısal varyantları bulmada %95 doğruluk oranına sahiptir. Algoritma bir yapay zeka modeli kullanır ve çeşitli kökenlere sahip insanlardan alınan pangenom adı verilen düzinelerce tam insan genomu üzerinde eğitilmiştir.
Algoritma, uzunlukları 200 ila 100.000 baz çifti arasında değişen 8.000’den fazla farklı karmaşık yapısal varyant buldu. Birçok varyant, beyin gelişimini ve işlevini düzenleyen genom bölgelerinde yer alıyordu. Araştırmacılar, bu varyantların psikiyatrik hastalıklarla ilişkili olup olmadığına daha yakından baktılar.
Genetik Analiz ve Psikiyatrik Tanı…
Karmaşık yapısal varyasyonları kolayca bulup inceleyebilme yeteneği, genomdaki hangi değişikliklerin kalıtsal olan psikiyatrik hastalıklara yol açtığını açıklamaya yardımcı olabilir. Çalışmada şizofreni ve bipolar bozukluk olmak üzere bu tür iki hastalık incelendi. GWAS adı verilen genom çapında ilişki çalışmaları, genomda psikiyatrik bir hastalık tanısı alma riski taşıyan birçok yer belirledi. Ancak GWAS sonuçları, genetik riski üzerinde işlem yapmak için yeterli ayrıntıyla açıklamaktan uzaktır.
Urban, “Psikiyatrik hastalıkların genetik bileşenlerini belirlemede inanılmaz bir ilerleme kaydettik, ancak hâlâ önemli bir şey eksik,” dedi. “GWAS sonuçları bize bir bozuklukla ilgili bazı DNA değişikliklerinin genomda nerede bulunduğunu söylüyor. Ancak GWAS’tan gelen bilgiler biraz belirsiz. Bu, bir kitabın 118, 237 ve 304. sayfalarında bir yerlerde hatalar olduğunu bilmek gibi. Ancak bunların ne tür hatalar olduğunu veya hangi kelimelerin söz konusu olduğunu bilmiyoruz.”
Genetik Araştırmalarda Hassasiyet…
Urban, GWAS sonuçlarının araştırmacıları 118. sayfada bir yanlış aramaya yönlendirebileceğini, ancak karmaşık yapısal varyantların sırasını bilmenin, o sayfadaki bir kelimenin karıştırıldığı ve bir diğer kelimenin tekrarlandığı gerçek 10 kelimelik cümlenin üzerinde sarı fosforlu kalem kullanmaya benzediğini açıkladı.
“Aynen öyle” dedi.
Hastalık Anlayışı ve Tedavisi İçin Sonuçlar…
Araştırmacılar ARC-SV algoritmasının çıktısını teste tabi tuttular. Sağlıklı bireylerden ve şizofreni veya bipolar bozukluk teşhisi konmuş kişilerden alınan 100’den fazla postmortem beyin dokusu örneğinden alınan gen ifadesi ölçümleriyle birleştirilmiş tüm genom dizilerini kullanarak karmaşık yapısal varyasyonların ne yaptığını araştırdılar. Varyantlar, şizofreni veya bipolar bozukluk geliştirme riskiyle ilişkili olduğu bilinen GWAS konumlarının yakınında veya bunlarla örtüşen bir konumda olma eğilimindeydi. Karmaşık yapısal varyantlar ayrıca yakındaki genlerin nasıl ifade edildiğini de etkiledi – DNA’da bulunan talimatların okunmasını değiştirdi – bu da varyantların hastalığa katkıda bulunabileceğini düşündürüyor.
Çalışmanın ilk yazarlarından, psikiyatri ve davranış bilimleri öğretim görevlisi Dr. Bo Zhou, “Karmaşık yapısal varyantları belirlemek ve incelemek, DNA’nın nasıl değişebileceği konusunda bize daha fazla anlayış kazandıracak ve hastalığa ve hastalığın tedavisine yol açan biyolojik işlevin yörüngesinin haritalanmasını sağlayacak moleküler ipuçları sağlayacak” dedi.
