التنظيم الجيني

تعلم الآلة يستخدم لتفسير التنظيم الجيني

طور العالمان جوستين كيني وعمار تارين في مختبر كولد سبرينج هاربور في نيويورك استراتيجية لتصميم خوارزميات تعلم آلة متطورة جدًا قادرة على تفسير عملية التنظيم الجيني بصورة يسهل على علماء الأحياء فهمها.

ويشير مصطلح التنظيم الجيني إلى الآليات التي تستخدمها الخلية على المستوى الجزيئي لزيادة تعبير جين معين أو تثبيط إنتاج جين آخر، كزيادة إنتاج بروتين معين أو تعطيل إنتاجه، فلأن الخلية لا تحتاج طوال الوقت إلى جميع البروتينات التي تستطيع أن تنتجها، فإن عددًا صغيرًا من هذه الجينات يعمل وتبقى الأخرى معطلة حتى يحين وقت الحاجة إليها.

تشغّل الجينات وتعطل بأنماط مختلفة أثناء مراحل التطور، لجعل خلية الكبد تعمل بصورة تختلف عن خلية الدماغ أوعن خلية العضلات مثلًا، بالإضافة إلى أن التنظيم الجيني يتيح الفرصة للخلايا أن تستجيب بسرعة للتغيرات التي تحدث حولها، فإن فشلت عملية التنظيم الجيني بداخل الخلية تبدأ الأمراض في الظهور، لذا يُعد التنظيم الجيني أمر مهم جدًا للحياة وهو عملية معقدة يصعب فهمها إلى الآن.

ويستخدم علماء الأحياء الكمية حاليًا الشبكات العصبونية الاصطناعية لتحليل البيانات الواردة من أحد الاختبارات العملية، والذي يسمى بالاختبار المتوازي الكثيف المُخبِر (إم بي آر آي)، لاستقراء الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين «الدنا».

لكن الطريقة التي تتشكل بها الشبكات العصبونية الاصطناعية وفقًا لهذا الاختبار، معقدة جدًا يصعب على علماء الأحياء تفسيرها، إذ تختلف تمامًا عن الطريقة التي يفكر بها العلماء ويطرحون بها الأسئلة، ما يعوق عملية تفسير التنظيم الجيني بالنسبة لهم.

ولهذا استحدث جوستين كيني وعمار تارين نهجًا جديدًا ليسدا الفجوة بين الأدوات الحاسوبية وطريقة تفكير العلماء، من خلال تطويرهم لشبكات عصبونية اصطناعية مخصصة، تعمل رياضيًا على تجسيد المفاهيم الشائعة للبيولوجيا المتعلقة بالجينات، والجزيئات التي تتحكم في تلك الجينات، فاستطاع العالمان أن يجعلا خوارزميات تعلم الآلة تعالج البيانات بطريقة يفهمها العلماء.

يتيح استخدام تعلم الآلة لتفسير عملية التنظيم الجيني مجالات أوسع لتطوير علاجات جديدة للتغلب على الأمراض، من خلال فهم الآلية التي تنظم عمل الجينات، وتطبيقها في تفسير التنظيم الجيني لكلًا من أوليات وحقيقيات النواة.

نشرت نتائج الدراسة البحثية في المؤتمر الأول لتعلم الآلة في مجال علم الأحياء الحاسوبي، الذي انُعقد رسميًا في فانكوفر، كندا في شهر ديسمبر/كانون الأول عام 2019.

– المصدر: تعلم الآلة يستخدم لتفسير التنظيم الجيني على موقع مرصد المستقبل.

مرصد المستقبل

مرصد المستقبل هي منصة علمية عالمية لاستشراف المستقبل تعمل على تغطية آخر ما توصل له العلم وقطاع التكنولوجيا باللغة العربية بشكل يومي من خلال المقالات البحثية والإنفوجرافيك والمواد المرئية. المرصد هو ناتج شراكة استراتيجية بين مؤسسة دبي للمستقبل وشركة مرصد المستقبل ذ.ذ.م. يتكون فريق العمل من خبراء ومحللين من كلتا المؤسستين لتعزيز العلم والابتكار في المنطقة.