新的人工智能工具揭示了染色体的单细胞三维结构

　　

密苏里大学的两位科学家开发出一种强大的新型人工智能工具，可以预测单个细胞内染色体的 3D 形状，从而实现遗传学和生物医学研究的重大飞跃，帮助研究人员从新角度了解基因的工作方式。

染色体是储存我们DNA的微型“储物盒”。由于每个细胞内都塞满了约六英尺长的DNA，它们必须紧密折叠才能容纳。这种折叠不仅节省空间，还能控制哪些基因处于活跃状态，哪些基因处于非活跃状态。但是，当DNA折叠方式不正确时，就会破坏正常的细胞功能，并导致包括癌症在内的严重疾病。

过去，科学家们依赖于一次性对数百万个细胞进行平均的数据。这使得几乎不可能发现单个细胞之间的独特差异。但密苏里大学工程学院的王艳丽和程建林开发的新型人工智能模型改变了这一现状。

“这一点很重要，因为即使是来自身体同一部位的细胞，其染色体折叠方式也可能非常不同，”研究生兼该研究的主要作者王教授说道。“这种折叠控制着哪些基因被开启或关闭。”

研究单细胞非常棘手，因为数据通常比较杂乱或不完整。但新的人工智能工具正是为应对这些挑战而设计的。它足够智能，能够在嘈杂的数据中识别出微弱的模式，并且即使在缺少某些信息的情况下，也知道如何估计染色体的三维形状。

它还知道如何正确地“观察”生物结构，即使它们被旋转了。与之前的深度学习人工智能方法相比，密苏里大学的工具在分析人类单细胞数据时的准确率提高了两倍多。

该团队已将该软件免费提供给世界各地的科学家。这意味着研究人员现在可以使用它来更好地了解基因的功能、疾病的起源以及如何设计更好的治疗方法。

“每个细胞都可能拥有不同的染色体结构，”策展人杰出电气工程和计算机科学教授程教授说道。“我们的工具可以帮助科学家详细研究这些差异，从而为健康和疾病研究带来新的见解。”

研究人员目前计划进一步改进这款人工智能工具，将其扩展至构建整个基因组的高分辨率结构。他们的目标是：为科学家提供迄今为止最清晰的细胞内基因蓝图。