DeepMind lanceert atlas met effecten van alle 9 miljard DNA-mutaties

Het menselijk genoom bestaat uit ongeveer 3 miljard DNA-letters, maar slechts 2 procent daarvan bevat instructies voor eiwitten. De rest is voor wetenschappers vaak een zwarte doos. Om daar meer grip op te krijgen, presenteerde Google DeepMind deze week de AlphaGenome Atlas: een gratis naslagwerk met voorspellingen voor alle 9 miljard mogelijke veranderingen van één DNA-letter in het menselijk genoom.

De atlas is gebouwd op AlphaGenome, een AI-model dat DeepMind vorig jaar in Londen presenteerde. Dat model berekent per DNA-verandering wat de mogelijke gevolgen zijn, bijvoorbeeld voor de activiteit van nabijgelegen genen of de vouwing van DNA in de celkern. Voor de atlas heeft DeepMind die berekening vooraf gedaan voor letterlijk elke denkbare mutatie: goed voor zo'n 1 petabyte aan data, omgerekend duizend keer de inhoud van een gemiddelde harde schijf. Ook zijn meer dan 100 miljoen kleine invoegingen en verwijderingen in het DNA meegenomen.

Van API naar één klik

Sinds de release van AlphaGenome hebben zo'n 9.000 onderzoekers het model geraadpleegd via een programmeerbare interface, vertelt productmanager Dhavi Hariharan van DeepMind. Voor veel biologen was het schrijven van code echter een drempel. De atlas maakt de voorspellingen nu direct doorzoekbaar, zonder technische kennis. Het idee is vergelijkbaar met AlphaFold, DeepMinds eerdere doorbraak die de 3D-structuur van meer dan 200 miljoen eiwitten voorspelde en inmiddels miljoenen gebruikers trekt.

Om de enorme hoeveelheid data behapbaar te maken, ontwikkelde het team van onderzoeksleider Žiga Avsec ook één samenvattend cijfer: de AlphaGenome Variant Impact-score (AVI-score). Die score geeft in één oogopslag aan hoe groot de kans is dat een mutatie schadelijk is. In een voorpublicatie laten DeepMind en academische partners zien dat de AVI-score ziekteveroorzakende mutaties betrouwbaar onderscheidt van onschuldige varianten in een klinische database. Onderzoekers van het Broad Institute gebruikten de atlas al om een niet-coderende mutatie aan te wijzen als mogelijke oorzaak van een ernstig geval van epilepsie.

Op zoek naar verborgen regels

Bioinformaticus Martin Kircher van het Max Delbrück Centrum in Berlijn noemt de atlas nuttig, maar benadrukt dat hij experimenteel onderzoek niet vervangt. Avsec ziet vooral kansen om DNA-motieven te ontrafelen: korte stukjes niet-coderend DNA die genen aan- of uitschakelen. Met de atlas als hulpmiddel bracht zijn team duizenden van die motieven in kaart en probeerde per celtype te achterhalen welke functie ze hebben. Moleculair bioloog Julia Zeitlinger van het Stowers Institute noemt het resultaat "een doorzoekbaar woordenboek voor niet-coderend DNA".