Nazvali ho „Google pre DNA“: Vedci predstavili revolučný nástroj MetaGraph, ktorý urýchli genetické výskumy
Výskumníci vytvorili nástroj, ktorý im dovoľuje hľadať genetické sekvencie rovnako prorodzene, ako keď niečo Googlime.
Predstav si nástroj, ktorý ti dovolí prehľadávať miliardy DNA a RNA sekvencií tak rýchlo, ako keď zadáš čokoľvek do Googlu. Vedci z ETH Zürich predstavili MetaGraph, niečo ako „Google pre DNA“. Tento nástroj ti umožní nájsť presnú sekvenciu v obrovských verejných databázach za sekundy či minúty, namiesto hodín či dní strávených sťahovaním a manuálnym prehľadávaním dát, informuje SciTech Daily.
Doteraz sa genetici museli spoliehať na opisné metadáta alebo celé databázy s petabajtami informácií. Predstav si miliardy gigabajtov textu a pre každý nový výskum siahali po obrovskom výpočtovom výkone. MetaGraph zmenil pravidlá hry. Vedci môžu teraz vložiť hľadanú sekvenciu priamo do vyhľadávacieho poľa a ihneď zistiť, kde už bola zaznamenaná.
„Google“ pre genetické výskumy
Výhodou nie je len rýchlosť, ale aj náklady. Reprezentácia všetkých verejných biologických sekvencií sa zmestí na niekoľko pevných diskov a väčšie dopyty stoja menej než dolár za megabázu. To je oproti starým metódam revolučné. Presnosť a efektivita tu idú ruka v ruke, čo môže urýchliť výskum patogénov, antibiotickej rezistencie alebo nových vírusov, a dokonca pomôcť objavovať bakteriofágy, ktoré likvidujú baktérie.
Ako to funguje? MetaGraph využíva zložité matematické grafy na kompresiu a indexovanie dát. Namiesto ukladania každej sekvencie zvlášť organizuje dáta do obrovského, vzájomne prepojeného grafu, tzv. de Bruijnovho grafu, ktorý odstraňuje duplicity a zdieľané časti kódu v rámci celého archívu. Tým pádom sa dáta zredukovali o faktor 300. Zmenšili sa, no všetky kľúčové spojenia a informácie zostali zachované. Tento prístup umožňuje efektívne spracovať milióny sekvencií naraz, čo je pre genetický výskum úplne revolučné.
Vedci z ETH začali MetaGraph vyvíjať už v roku 2020 a stále ho vylepšujú. Teraz poskytuje full-textové vyhľadávanie pre milióny DNA a RNA súborov vrátane vírusov, baktérií, húb, rastlín, zvierat a človeka. Zatiaľ je indexovaná takmer polovica dostupných dát, zvyšok by mal nasledovať do konca roka. Projekt je open-source, takže môže byť zaujímavý aj pre farmaceutické spoločnosti s vlastnými rozsiahlymi databázami.
Neprehliadni
Čo je na MetaGraph ešte fascinujúce, je jeho škálovateľnosť. Čím viac dát do systému vložíš, tým menej dodatočného výpočtového výkonu potrebuje. To znamená, že rýchlo narastajúce objemy sekvencií nepredstavujú pre výskumníkov problém, ale príležitosť. Každý nový gén alebo vírus sa dá okamžite spracovať a porovnať s existujúcimi dátami.
Budúcnosť genetického výskumu
MetaGraph môže zmeniť spôsob, akým sa riešia nové pandémie alebo výskum antibiotickej rezistencie. Vedci môžu okamžite nájsť, kde sa už objavila konkrétna mutácia, alebo identifikovať rezistentné gény a vírusy, ktoré by mohli slúžiť ako prírodné antibiotiká. Tento nástroj teda nielen zrýchľuje výskum, ale zároveň ho robí presnejším a lacnejším.
„MetaGraph je ako „Google pre DNA“, umožňuje vedcom pracovať s dátami, ktoré by pred pár rokmi boli prakticky neprístupné. Tento prístup je revolučný práve vďaka efektívnej kompresii a prepojeniu miliónov sekvencií do jedného systému. A kto vie, možno jedného dňa si aj ty budeš môcť zistiť, aké gény majú tvoje rastliny na balkóne, stačí pár klikov,“ hovorí G. Rätsch, jeden z autorov štúdie a jeho kolegovia.
MetaGraph teda ukazuje, že genetický výskum môže byť rýchly, lacný a masívne škálovateľný. Pre vedcov predstavuje obrovský posun, od zdĺhavého manuálneho hľadania k okamžitej analýze miliárd sekvencií. A to všetko v čase, keď sa svet čoraz viac spolieha na genetiku, či už pri sledovaní vírusov, vývoji liekov alebo pochopení evolúcie života.
