Onderzoekers hebben een kunstmatige intelligentie ontwikkeld die voorspelt welke mutaties in menselijke eiwitten waarschijnlijk ziekten veroorzaken. Het model werkt zelfs met mutaties die nog nooit eerder bij een levend mens zijn gezien.
Wat is popEVE?
Het model dat popEVE wordt genoemd, is gebaseerd op databases die de genetische informatie van honderden duizenden soorten en de genetische variabiliteit van de menselijke populatie omvatten. Dankzij deze enorme evolutie-database heeft het algoritme inzicht in welke delen van de ongeveer 20.000 menselijke eiwitten essentieel zijn voor het leven en welke beter bestand zijn tegen veranderingen.
Diagnostische revolutie voor genetische ziekten
Volgens een studie van Harvard Medical School en het Centre for Genomic Regulation (CRG) kan popEVE aanzienlijke gevolgen hebben voor de diagnostische praktijk van genetische ziekten. Momenteel krijgt de helft van de patiënten met zeldzame ziektes nooit een duidelijke diagnose. PopEVE kan deze situatie verbeteren door artsen te helpen zich te concentreren op de meest schadelijke genetische varianten. Het model vereist geen andere referentie dan de genetische informatie van de patiënt zelf, wat cruciaal is voor de diagnostiek van zeldzame ziekten, vooral in gezondheidszorgsystemen met beperkte middelen. Dit maakt diagnose sneller, eenvoudiger en goedkoper.
Het probleem van onbekende mutaties
De genetische samenstelling van elke persoon verschilt in kleine details van die van anderen; dit maakt ons uniek. Een deel van deze verschillen bestaat uit zogenaamde missense-mutaties, die een aminosaairegel in een eiwit veranderen. De meeste van deze mutaties zijn onschadelijk, maar sommige kunnen ernstige ziekten veroorzaken. De uitdaging ligt in het onderscheiden van onschadelijke en schadelijke mutaties. Bovendien zijn schadelijke mutaties niet allemaal even schadelijk; sommige veroorzaken milde symptomen, terwijl andere leiden tot ernstige beperkingen of zelfs de dood op jonge leeftijd.
Innovatieve oplossingen
Onderzoekers hebben verschillende AI-gebaseerde hulpmiddelen ontwikkeld om te bepalen of een onbekende mutatie gevaarlijk kan zijn, maar deze bieden vaak alleen ja-of-nee-antwoorden en kunnen mutaties niet rangschikken op een schaal van ernst. De EVE (Evolutionary model of Variant Effect) is een eerder model dat mutaties classificeerde als onschadelijk of schadelijk op basis van evolutionaire patronen.
De nieuwste doorbraak: popEVE
De popEVE is de nieuwste versie van het EVE-model en lost een belangrijk probleem op door evolutie-data te combineren met gegevens uit twee enorme menselijke genoomdatabases: de UK Biobank en gnomAD. Dit maakt het mogelijk om te ontdekken welke varianten in gezonde mensen voorkomen, wat helpt bij het kalibreren van menselijke voorspellingen. Dit resultaat is de eerste in zijn soort; het kan mutaties op een schaal van schadelijkheid rangschikken binnen het volledige menselijke proteoom.
Betere diagnostiek voor zeldzame aandoeningen
Voor de validatie van popEVE analyseerden onderzoekers gegevens van meer dan 31.000 families met kinderen die ernstige aangeboren afwijkingen vertoonden. In 98% van de gevallen waarin een ziekteveroorzakende mutatie eerder was vastgesteld, identificeerde popEVE deze correct als de meest ernstige variant in het genoom van het kind. De prestaties van het model overtreffen die van concurrenten, zoals AlphaMissense van DeepMind.
Inclusiviteit en nauwkeurigheid
Een van de sterke punten van popEVE is dat het even goed presteert voor mensen wiens bloedlijn ondervertegenwoordigd is in databases die voornamelijk bestaan uit mensen van Europese afkomst. Dit model behandelt alle menselijke genvarianten op dezelfde manier, wat helpt om de kans op valse positieven te verkleinen. Hierdoor kunnen patiënten meer accurate genetische evaluaties ontvangen zonder de angst voor onjuiste diagnoses op basis van hun etnische achtergrond.
Conclusie
Het is belangrijk op te merken dat popEVE alleen DNA-varianten overweegt die veranderingen in eiwitten veroorzaken. Verschillende andere soorten mutaties bestaan en dit model dekt niet alle vormen van genetische variabiliteit. Bovendien kan het de persoonlijke beoordeling van een arts, die diagnoses stelt op basis van medische geschiedenis en symptoomanalyse, niet vervangen.
